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Fest-Flüssig-Trennung > IV.4. Kuchenfiltration > Flashcards

IV.4. Kuchenfiltration Flashcards

1
Q

Was heißt Kuchen

Untersättigung und Auspressen

A

Untersättigung: Mit Gas “durchpusten” bei starren Partikeln, um restfeuchte zu entfernen.
Auspressen: Zusammendrücken bei kompressiblen Partikeln. Wie Schwamm ausquetschen.

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2
Q

Kuchenfiltrationsprozess:

A
  1. Vorbebhandeln der Suspension.
  2. Kuchenbildung
  3. ( Kuchenwaschung )
  4. Entflechtung
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3
Q

Welche Schitte passieren bei der Kuchenfiltration?

A
  • Suspension strömt zum Filtermedium
  • Bildung von Partikelbrücken
  • Ende des Feststoffdurchschlages
  • Aufwachsen des Kuchens
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4
Q

Typische ε-Werte für Filterkuchen für Abschätzungen?

A

ε = 0.4

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5
Q

Welche Poren gibt es bei Partikeln?

A
  • zugängliche Pore
  • geschlossene Pore
  • durchgehende Pore
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6
Q

Einfluss der Partikelgrößen- und -formverteilung auf den Filterkuchen?

A
  • Je breiter die Partikelgrößenverteilung, desto geringer die Porosität
  • Kleinere Partikeln füllen die Hohlräume zwischen den größeren Partikeln
  • Porosität wird durch die Mengenanteile der Partikelfraktionen beeinflusst
  • mit abnehmender Prartikelgröße wächst der Einfluss von Haltekräften: Agglomeration ->anstieg Porosität
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7
Q

Probleme beim Entmischungseffekte durch überlagerte Sedimentation

A

-Porosität steigt, da sich die kleinen Teile nicht zwischen die Großen lagern sondern oben auf eine Schicht bilden.
Diese ist dichter gepackt und stellt großen durchflusswiderstand dar.

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8
Q

Verdünnungswäsche Funktionspinzip:

A

• abwechselnde wird getrennt, dann Resuspendierung mit Waschflüssigkeit und gewaschen (mischen) dann wieder Trennung bis Reinheitsgrad erreicht. (IMMER möglich)
• Trennung durch
- Sedimentation
- Filtration

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9
Q

Durchströmungswäsche Funktionsprinzip:

A

• Durchströmung einer
Partikelstruktur (nach der Trennung) mit Waschflüssigkeit. ! der abgetrennte Feststoff muss gut durchstömbar sein!
• Trennung durch
- Filtration

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10
Q

Waschprinzipien?

A
  • Verdünnungswäsche
  • Durchströmungswäsche
    (Waschprozesse mit kombinierter Durchströmung u. Verdünnung möglich)
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11
Q

Betriebsweisen von Wäschen?

A
  • Gleichstromführung der Waschflüssigkeit
  • Gegenstromführung der Waschflüssigkeit (sauberstes Wasser kommt mit saubersten Partikeln zusammen und schmutzigstes Wasser mit schmutzigsten Partikeln)
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12
Q

Waschen im Bandfilter fakten?

A
  • am besten zum Waschne geeignet
  • perfekt für Gegenstrom wäsche
  • teuerste und braucht am meisten Platz
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13
Q

Waschen im Trommelfilter fakten?

A
  • normalerweise gleichstrom wäsche (nur in modernen ausnahmen Gegenstrom)
  • ist am flexibelsten (ein Kompromis)
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14
Q

Waschen im Scheibenfilter fakten?

A
  • nicht für waschungen geeignet

- am günstigsten im vergleich zu Bandfilter und Trommelfilter (viel Filterfläche und wenig Platzbedarf)

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15
Q

Grenzen der Waschprozesse:

A

-Physikalische Grenzen:
•hydraulisch isolierte Mutterflüssigkeit (isolierte Pore)
• Adsorption gelöster Stoffe an den Feststoffoberflächen (stehen im Gleichgewicht)
- Technische Grenzen:
• begrenzte Waschzeit für kontinuierlich betriebene Apparate
• Durchsatzreduktion absatzweise arbeitender Apparate aufgrund der Waschzeit
- Wirtschaftliche Grenzen:
• festgelegt durch die Waschflüssigkeitsmenge und die Konzentration gelöster Substanzen
-> Kosten für auszuleitende und nicht zurückgeführte Flüssigkeit
-> Kosten für die Aufarbeitung der angereicherten Waschflüssigkeit

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16
Q

Verdünnungswäsche Vor und Nachteile?

A

Vorteil: optimale Zugänglichkeit der Partikeloberflächen
Nachteil: oft hoher technischer Aufwand durch Mehrstufenanlage
(Auf der Basis von Massenbilanzen einfach zu berechnen (Gleichgewicht!) )

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17
Q

Maßnahmen zur Reduktion von Dispersion beim Waschen

A
  • Filterkuchendicke sollte an jeder Stelle der Filterfläche gleich sein
  • Kuchenporosität sollte so homogen wie möglich sein
  • Pressen und Verzicht auf Flockung zur Angleichung der Porengrößen
  • „Waschpause“ zum Konzentrationsausgleich (Zeit für Diffusion)
18
Q

Durchströmungswäsche Vor und Nachteile?

A

Vorteil:
•Nach der Bildung kann ein Filterkuchen mit Waschflüssigkeit durchströmt
werden
Nachteil:
•Perfekte Verdrängung der Mutter- durch die Waschflüssigkeit wegen „Dispersionseffekten“ nicht möglich
•Kuchen muss direkt nach Filtration gewaschen werden, da sonst Schrumpfrisse entstehen können, welche nicht mehr vollständig befeuchtet werden können.

19
Q

Wie können Schrumpfrisse verhindert werden?

A
  • durch vorpressen des Filterkuchens bis nahe an die Schrumpfgrenze
  • keine Untersättigung vor dem Waschen
20
Q

Waschung kleiner Partikeln durch Dampfdruckfiltration Vorgehen und Anwendung

A
  • Druckgas wird in einer Dampfhaube durch überhitzten Dampf ersetzt
  • Dampf kondensiert und eine Dampffront wandert durch den Kuchen
  • sehr gute Reinigung durch Nutzung des heißen Kondensates als Waschflüssigkeit bei sehr effektiver Entfeuchtung
  • Anwendung für Produkte mit hohem Anteil sehr kleiner
    Teichen < 10µm
21
Q

Schlussfolgerungen Partikelwaschung

A
  • Entfernung gelöster Substanzen aus einem Partikel/Flüssigkeits-System ist untrennbar mit mechanischer Fest/Flüssig-Trennung verbunden
  • Waschprozess kann in das Trenngerät selbst integriert sein oder stellt eigenständigen Schritt in der Prozesskette dar
  • Es existiert keine generelle Richtlinie für die Gestaltung des bestgeeigneten Waschprozesses
  • Optimale Lösung für ein Trenn- und Reinigungsproblem resultiert aus sorgfältiger individueller Analyse der Eigenschaften des zu behandelnden Materials in Verbindung mit den
    Anforderungen an das Verfahrensergebnis
22
Q

Filterkuchenuntersättigung wirkprinzip?

A
  • verdrängung von Flüssigkeit aus einer inkompressiblen Kuchenstrucktur durch Gas
  • Flüssigkeitsverdrängung durch: Gasdifferenzdruck oder Zentrifugaldruck
  • Kräfte zur Verdrängung der Flüssigkeit müssen größeres die kapillarkräfte in den Kuchenporen sein
  • durch mechanische untersättigung ist keine vollständige Trocknung möglich
23
Q

wo sind Flüssigkeitsbindung im Filterkuchen?

A
  • Innenflüssigkeit (Poren in den Partikeln)
  • Haftflüssigkeit (ist die Flüssigkeit um das Partikel, wie mantel)
  • Brückenflüssigkeit (ist die Flüssigkeit zwischen den Verbindungen der Partikel)
  • Kapillarflüssigkeit (ist im Hohlraum zwischen den Partikeln)
24
Q

wie gut sind Flüssigkeitsbindungen entfernbar?

A
  • Kapillarflüssigkeit: mechanisch fast ganz entfernbar
  • Brücken- u. Haftflüssigkeit: mechanisch kaum entfernbar - Innenflüssigkeit: mechanisch nicht entfernbar
    ⇒ S = 0 erfordert thermische Nachtrocknung
25
Q

Was hat Einfluss auf die Kapillardruckverteilung?

A

• Entmischungseffekte in der Suspension

  • Erhöhung von Pke (Eintrittskapillardruck) durch kleinere Poren an der Kuchenoberfläche
  • Erhöhung von Sr (mechanische Entfeuchtungsgrenze) durch isolierte Flüssigkeit in der Feinstkornschicht
26
Q

Visuelle Beobachtung um ende der Kuchenbildung zu bestimmen?

A

Oberfläche spiegelt zunächst wenn Flüssigkeit über Kuchen. Wird dann trüb wenn der Kuchen Auftaucht.

27
Q

Apparatetypen Kuchenfiltration

A 
• Drucknutschen  
• Tellerfilter  
• Kerzenfilter 
• Blattfilter 
• Beutelfilter
- Pressfilter 
- Tiefenfilter
- Siebfilter
28
Q

Treibende Filtrationsdruckdifferenz Erzeuger (Kuchenfiltration)

A
  • Vakuumerzeuger, Kompressor (Gas)
  • Speisepumpe (Flüssigkeit)
  • Druckdifferenzen bis ca. 600kPa (6bar)
29
Q

wann ist Maximaler durchsatz bei Kuchenfiltration?

A

Wenn aktive Kuchenbildungszeit und Totzeit gleich groß sind.

30
Q

Einschichtendruckfilter ohne Rührwerk Parameter?

A
  • Druckdifferenzen bis ca. 6bar
  • Einsatz für relativ leicht filtrierbare Suspensionen
  • inkompressible Filterkuchen
  • Kuchendicken im Dezimeterbereich
  • Waschung des Kuchens mittels Durchströmung möglich
  • Entfeuchtung des Filterkuchens durch Untersättigung vorgesehen
31
Q

Rührwerksdrucknutsche Einsatzgebiet?

A
  • Chemie
  • Pharmazie
  • Lebensmittel
32
Q

Rührwerksdrucknutsche Parameter?

A
  • Filterflächen bis ca. 15m2
  • Filtrationsdrücke 0.5 - 6bar
  • Filterkuchendicke bis ca. 500mm
  • Feststoffaustrag hier seitlich und zentral möglich
  • vollkommen geschlossenes System
  • Leicht zu reinigen, CIP/SIP-fähig
33
Q

Typische Betriebsweise von Rührdrucknutschen?

A

1 Filtrieren mit Gas- o. Flüssigkeitsdruck
2 Waschen o. Extrahieren mit Sprühdüsen
3 Resuspendieren für Verdünnungswäsche
4 Trocknen mit Gas und Glätten des Kuchens
5 Trocknen unter Vakuum mit Kuchenauflockerung
6 Austrag des Kuchens zentral über Bohrloch

34
Q

Besonderheit Filterreaktor “nutrex”?

A

um 230° schwenkbar. Weiterentwicklung von der Rührwerknusche. Mehrer Prozessschritte in einem Reaktor (Reaktor+Druckfilter+Trockner):
1. Ausgangsstellung: - Füllen, Reagieren, Extrahieren,
Kristallisieren
2. Um 180° drehen: Filternutsche: - Verdünnungs- o. Durchströmungswäsche
3. 230°: - Kontakt-, Konvektionstrocknung, Mischen. Durch Schrägstellung große Kontaktfläche

35
Q

Welche Filterarten werden im Scheibenfilter eingesetzt?

A

Einsatz zur Kuchen-, Precoat-, Tiefenfiltration

36
Q

Scheibenfilter und Drucknutschen im Vergleich?

A

scheibenfilter hat viel größere Filterfläche/Volumen

-> Trennung schwer filtrierbarer Suspensionen

37
Q

Scheibenfilter Funktonsweise?

A
  • horizontale Filterelemente im Druckbehälter (wie teller)
  • Kuchenbildung auf Telleroberseite
  • Filtratablauf zentral über Wellennabe
  • Kuchenaustrag durch Vibration der Telle
38
Q

Vertikaler Druckblattfilter Parameter?

A
  • Beidseitig filtrierende Filterelemente aus mehreren Lagen Drahtgewebe
  • Druckdifferenz bis ca. 6bar
  • Gesamtfilterfläche bis ca. 50m2
  • Für Trocken- und für Nassaustrag geeignet
  • Trockenaustrag: Vibrator
  • Nassaustrag: oszillierende Spritzdüsen
  • Direkt- oder Precoatfiltration möglich
39
Q

Kerzenfilter funktionsweise?

A

Filtration von außen nach innen.
Kuchen haftet wegen konkav-konvexer Form der Kerze sehr gut.
Filtrat fließt in äußeren Rohren nach unten und im Mittelrohr nach oben.
Kuchenaustragung durch Rückspühl-oder Druckgasrückstoß

40
Q

Beutelfilter funktionsweise?

A
  • Filtration von innen nach außen
  • hohe Filtrationsgeschwindigkeiten bis ca. 100m3/m2h
  • Voraussetzung „relativ gute Filtrierbarkeit“ der Suspension
  • einfacher Aufbau - Einfach- oder Mehrfachfilter
  • Einsatz vorzugsweise zur Reinigung von Flüssigkeiten

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