IV.4. Kuchenfiltration Flashcards
Was heißt Kuchen
Untersättigung und Auspressen
Untersättigung: Mit Gas “durchpusten” bei starren Partikeln, um restfeuchte zu entfernen.
Auspressen: Zusammendrücken bei kompressiblen Partikeln. Wie Schwamm ausquetschen.
Kuchenfiltrationsprozess:
- Vorbebhandeln der Suspension.
- Kuchenbildung
- ( Kuchenwaschung )
- Entflechtung
Welche Schitte passieren bei der Kuchenfiltration?
- Suspension strömt zum Filtermedium
- Bildung von Partikelbrücken
- Ende des Feststoffdurchschlages
- Aufwachsen des Kuchens
Typische ε-Werte für Filterkuchen für Abschätzungen?
ε = 0.4
Welche Poren gibt es bei Partikeln?
- zugängliche Pore
- geschlossene Pore
- durchgehende Pore
Einfluss der Partikelgrößen- und -formverteilung auf den Filterkuchen?
- 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
Probleme beim Entmischungseffekte durch überlagerte Sedimentation
-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.
Verdünnungswäsche Funktionspinzip:
• abwechselnde wird getrennt, dann Resuspendierung mit Waschflüssigkeit und gewaschen (mischen) dann wieder Trennung bis Reinheitsgrad erreicht. (IMMER möglich)
• Trennung durch
- Sedimentation
- Filtration
Durchströmungswäsche Funktionsprinzip:
• Durchströmung einer
Partikelstruktur (nach der Trennung) mit Waschflüssigkeit. ! der abgetrennte Feststoff muss gut durchstömbar sein!
• Trennung durch
- Filtration
Waschprinzipien?
- Verdünnungswäsche
- Durchströmungswäsche
(Waschprozesse mit kombinierter Durchströmung u. Verdünnung möglich)
Betriebsweisen von Wäschen?
- Gleichstromführung der Waschflüssigkeit
- Gegenstromführung der Waschflüssigkeit (sauberstes Wasser kommt mit saubersten Partikeln zusammen und schmutzigstes Wasser mit schmutzigsten Partikeln)
Waschen im Bandfilter fakten?
- am besten zum Waschne geeignet
- perfekt für Gegenstrom wäsche
- teuerste und braucht am meisten Platz
Waschen im Trommelfilter fakten?
- normalerweise gleichstrom wäsche (nur in modernen ausnahmen Gegenstrom)
- ist am flexibelsten (ein Kompromis)
Waschen im Scheibenfilter fakten?
- nicht für waschungen geeignet
- am günstigsten im vergleich zu Bandfilter und Trommelfilter (viel Filterfläche und wenig Platzbedarf)
Grenzen der Waschprozesse:
-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
Verdünnungswäsche Vor und Nachteile?
Vorteil: optimale Zugänglichkeit der Partikeloberflächen
Nachteil: oft hoher technischer Aufwand durch Mehrstufenanlage
(Auf der Basis von Massenbilanzen einfach zu berechnen (Gleichgewicht!) )
Maßnahmen zur Reduktion von Dispersion beim Waschen
- 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)
Durchströmungswäsche Vor und Nachteile?
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.
Wie können Schrumpfrisse verhindert werden?
- durch vorpressen des Filterkuchens bis nahe an die Schrumpfgrenze
- keine Untersättigung vor dem Waschen
Waschung kleiner Partikeln durch Dampfdruckfiltration Vorgehen und Anwendung
- 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
Schlussfolgerungen Partikelwaschung
- 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
Filterkuchenuntersättigung wirkprinzip?
- 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
wo sind Flüssigkeitsbindung im Filterkuchen?
- 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)
wie gut sind Flüssigkeitsbindungen entfernbar?
- Kapillarflüssigkeit: mechanisch fast ganz entfernbar
- Brücken- u. Haftflüssigkeit: mechanisch kaum entfernbar - Innenflüssigkeit: mechanisch nicht entfernbar
⇒ S = 0 erfordert thermische Nachtrocknung
Was hat Einfluss auf die Kapillardruckverteilung?
• 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
Visuelle Beobachtung um ende der Kuchenbildung zu bestimmen?
Oberfläche spiegelt zunächst wenn Flüssigkeit über Kuchen. Wird dann trüb wenn der Kuchen Auftaucht.
Apparatetypen Kuchenfiltration
• Drucknutschen • Tellerfilter • Kerzenfilter • Blattfilter • Beutelfilter - Pressfilter - Tiefenfilter - Siebfilter
Treibende Filtrationsdruckdifferenz Erzeuger (Kuchenfiltration)
- Vakuumerzeuger, Kompressor (Gas)
- Speisepumpe (Flüssigkeit)
- Druckdifferenzen bis ca. 600kPa (6bar)
wann ist Maximaler durchsatz bei Kuchenfiltration?
Wenn aktive Kuchenbildungszeit und Totzeit gleich groß sind.
Einschichtendruckfilter ohne Rührwerk Parameter?
- 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
Rührwerksdrucknutsche Einsatzgebiet?
- Chemie
- Pharmazie
- Lebensmittel
Rührwerksdrucknutsche Parameter?
- 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
Typische Betriebsweise von Rührdrucknutschen?
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
Besonderheit Filterreaktor “nutrex”?
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
Welche Filterarten werden im Scheibenfilter eingesetzt?
Einsatz zur Kuchen-, Precoat-, Tiefenfiltration
Scheibenfilter und Drucknutschen im Vergleich?
scheibenfilter hat viel größere Filterfläche/Volumen
-> Trennung schwer filtrierbarer Suspensionen
Scheibenfilter Funktonsweise?
- horizontale Filterelemente im Druckbehälter (wie teller)
- Kuchenbildung auf Telleroberseite
- Filtratablauf zentral über Wellennabe
- Kuchenaustrag durch Vibration der Telle
Vertikaler Druckblattfilter Parameter?
- 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
Kerzenfilter funktionsweise?
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
Beutelfilter funktionsweise?
- 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
