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5. Lebensmitteltechnologie > Trennen disperser Systeme > Flashcards

Trennen disperser Systeme Flashcards

1
Q

Unterteilung von Systemen, aus denen Fluide abgetrennt werden können

A

Grobe Suspension:
Feststoffteilchen mit einer Korngröße von > 100 μm
Feine Suspension:
Korngröße zwischen 0,5 und 100 μm
- Trüben: feine Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von < 300 g / L
- Schlämme: feine Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von wesentlich > 300 g / L
Emulsionen:
Disperses System aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten
Kolloidale Lösungen:
Disperses System, in dem die disperse Phase so fein verteilt ist, dass sich die Partikel fast wie Moleküle verhalten (Tyndall-Effekt)

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2
Q

Trennverfahren: Sedimentation
Treibende Kräfte (3): und Trennapparat

A
  • Schwerkraft: Eindicker und Klärbecken
  • Fliehkraft: Vollmantelzentrifuge, Tellerzentrifuge und Hydrozyklon
  • Fliehkraft und Adhäsion: Prallringzentrifuge
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Q

Trennverfahren: Filtration
Treibende Kräfte (6): und Trennapparat

A
  • Überdruck: Druckfilter
  • Unterdruck: Saugfilter
  • Druckkraft: Scheidepresse
  • Schwer- und Fliehkraft
  • Kapillarkraft: Kapillarbandfilter
  • Fliehkraft: Siebzentrifuge
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4
Q

Trennverfahren: Membrantrennverfahren
Treibende Kräfte (3) und Trennapparat

A

Hydrostatischer Druck: Ultrafiltration und Umkehrosmose
Elektrostatisches Potential: Elektrodialyse
Konzentrationsdifferenz: Dialyse (z.B. zur Alkoholreduzierung in Bier)

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5
Q

Unterschiedliche Sedimentationsarten (2)

A

Schwerkraftsedimentation (Sedimentation, Absetzen):
Die Trennung erfolgt durch die unterschiedliche Wirkung der Schwerkraft auf Partikel mit unterschiedlicher Dichte
Fliehkraftsedimentation (Zentrifugation):
Stofftrennung durch unterschiedliche Wirkung der Fliehkraft (Zentrifugalkraft) auf Partikel mit unterschiedlicher Dichte

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6
Q

Schwerkraftsedimentation: Ziele und Anwendungsbeispiele

A

Ziele:
- Eindicken: Prozessziel ist Gewinnung eines Sediments
Klären oder Dekantieren: Prozessziel ist Gewinnung einer klaren Flüssigkeit

Anwendungsbeispiele:
- Stärkeindustrie
- Brauindustrie
- Reinigung von Abwässern

Ergebnis des Absetzens:
- klare mit schwebenden Feingutteilchen
- mit Klarflüssigkeit gesättigter abgesetzter Feststoffschlamm, das Sediment am Boden

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7
Q

Relative Abflussgeschwindigkeit vs Absolute Abflussgeschwindigkeit

A

Reale Abflussgeschwindigkeit missachtet Form der Teilchen und die Feststoffkonzentration
-> Absolute Abflussgeschwindigkeit tut dies schon durch Formfaktor φ und Konzentrationsbeiwert k

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8
Q

Trennkorngröße: Vorstellung vs. Wirklichkeit

A

Vorstellung:
- Abscheidung aller Teilchen größer als dp (Trennkorngröße)
- Austrag aller Teilchen kleiner als dp

Wirklichkeit:
-> keine derartige Trennung:
Feststoffpartikel mit der Trennkorngröße sind zu etwa gleichen Teilchen im Klarlauf und im Schlamm enthalten

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9
Q

Fliehkraftsedimentation: Zentrifugation
-> Was ist es, was passiert

A

Zentrifugation: mechanisches Trennverfahren zur Abscheidung feinverteilter Feststoffteilchen aus Suspensionen => durch Fliehkraftsedimentation
- beim Zentrifugieren wird Suspension in Rotation versetzt -> Schwerkraft (FG) und Fliehkraft (FZ) wirkt sich auf jedes Flüssigkeits- und Feststoffteilchen aus
- Fliehkraftfeld ist um ein Vielfaches stärker als das Schwerkraftfeld

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10
Q

Verlauf der Trennung in der Zentrifuge

A
  • Suspension liegt als Suspensionsring an der Zentrifugenwand vor
  • Fliehkräfte unterscheiden sich durch unterschiedliche Dichte (von Flüssigkeit und Feststoff)
  • Feststoffteilchen mit größerer Dichte werden von Fliehkraft stärker nach außen gezogen als Flüssigkeitsteilchen
    => Feststoffteilchen sammeln sich an Zentrifugenwand
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11
Q

Was beschreibt die Schleuderzahl (KZ) im Zentrifugalfeld

A

-> Verhältnis von Zentrifugalbeschleunigung zu Fallbeschleunigung
= az / g

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12
Q

Kontinuierliche / Diskontinuierliche Zentrifugation
+ Beispiele

A

Laufender Prozess vs. Prozess läuft in Chargen / Batches ab
Beispiel Diskontinuierlich:
- Vollmantelzentrifuge
Beispiele Kontinuierlich:
- Dekanter (+Trikanter)
Tellerzentrifuge (Separator)

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13
Q

Was ist ein Grenzkorndurchmesser

A

das kleinste noch abscheidbare Partikel, welches vorm oberen Tellerende sich noch abscheidet

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14
Q

Filtration: Abgrenzung zur Sedimentation

A

Filtration:
- kein Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit für Trennung erforderlich
=> Triebkraft ist Druckgefälle zwischen Rohlösung (Suspension) und der Filtratseite

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15
Q

Prinzip der Filtration

A

Filtrieren ist das Abscheiden von Feststoffteilchen aus Suspensionen (V0) mit Hilfe eines porösen Filtermittels
–> Abtrennen von Feststoffpartikeln, Kolloiden, Bakterien, Makromolekülen, Ionen

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16
Q

Ziel der Klärfiltration und der Scheide- oder Trennfiltration

A

Klärfiltration: Ziel ist die Gewinnung des Filtrates
Scheide- oder Trennfiltration: Ziel ist die Gewinnung des Feststoffes

17
Q

Wie verläuft eine konventionelle Filtration

A
  • Abtrennung von Feststoffteilchen aus Suspensionen mit Hilfe eines porösen (flüssigkeitsdurchlässigen) Filtermittels
  • Filtermittel lässt die feststofffreie Flüssigkeit (Filtrat) passieren und hält den Feststoff (Filterkuchen) zurück
18
Q

Trennprinzip, Trennbereich und Triebkraft bei Druckfiltration mit Filterpressen

A

Trennprinzip: Trennung nach Partikelgröße
Triebkraft: Druckunterschied über und unter der Filterfläche
Trennbereich: 1 - 100 μm

19
Q

Wie funktioniert die Fliehkraftfiltration

A
  • zusätzliches Filtermittel auf der Außenseite der Trommel (-> Sedimentation)
  • Schleudern der zu filtrierenden Rohlösung (Suspension) im Fliehkraftfeld an die Trommelwand
  • Zurückhalten der Feststoffpartikel vom Filtermittel -> Ausströmen des Filtrats durch die Öffnungen der Trommel nach außen
20
Q

Filtrationsarten (3)

A
  • Siebfiltration:
    Filtermittel hält alle Feststoffteilchen zurück, die größer als Poren sind
  • Tiefenfiltration:
    Feststoffteilchen werden werden in Zwischenräumen einer Filtermittelschicht zurückgehalten
  • Kuchenfiltration:
    Abtrennung der Feststoffteilchen erfolgt durch einen sich im Laufe der Filtration aus den Feststoffteilchen aufbauenden, porösen Filterkuchen
21
Q

Was ist eine Filtermittelschicht

A
  • flüssigkeitsdurchlässige Schicht
  • ermöglicht Aufbau eines Filterkuchens bei Tiefenfiltration (Anschwemmfiltration)
    -> vollkommende Trennwirkung erst nach Aufbau des Filterkuchens
22
Q

Gebräuchliche Filtermittel (7)

A

● Siebe
● Metallplatten
● Textilgewebe
● verfilzte Schichten (Filterpapiere)
● lose Schüttungen
● poröse Körper (Filtersteine)
● Membranen

23
Q

Was sind Filterhilfsmittel, was machen sie und wann werden sie eingesetzt

A
  • körnige oder faserige Teilchen
  • Anschwemmung vor Filtration als geschlossene Schicht oder kontinuierliche Beimischung nach Voranschwemmung der Suspension
  • Einsatz bei schwer filtrierbaren Trüben zum Aufbau des Filterkuchens
24
Q

Anforderungen an Filterhilfsmittel (5)

A

● hoher Durchsatz durch optimale Teilchengröße und -form
● niedrige Kosten pro Volumeneinheit Filtrat
● mechanisch stabil (geringe Kompressibilität des Filterkuchens)
● chemische Beständigkeit
● physiologische Unbedenklichkeit

25
Q

Gesetz von Gagen-Poiseuille

A
  • (physikalische) Grundlage aller Filterformeln
  • gültig für die laminare Strömung Newtonscher Fluide durch eine Kapillare
26
Q

Fließgeschwindigkeit wF
was misst sie und in welcher Einheit
-> wovon abhängig

A
  • Flächendurchsatz an Filtrat durch den gesamten Filterkuchen und Filtermittel
    -> Messung in m^3/m^2 pro h bzw. m/h

bei konstanter Kuchendicke hauptsächlich abhängig von:
- vom Druckgefälle
- vom Widerstand des Filterkuchens

27
Q

Was ist eine statische Filtration

A

Dead-End-Filtration:
- Bildung eines Filterkuchens aufgrund Retention der suspendierten Feststoffteilchen
- Anstieg der Dicke des Filterkuchens mit zunehmender Filtrationsdauer
- Abnahme der Permeabilität des Filters mit zunehmender Dicke -> Senkung des Filtratdurchsatzes

28
Q

Was ist ein dynamische Filtration

A

Cross-Flow-Filtration:
- Suspension läuft als Strom an Filter vorbei
-> Bildung des Filterkuchens in wesentlich geringerem Umfang
-> daher sinkt auch der Filterdurchsatz nicht so stark ab wie bei statischer Filtration

29
Q

In welche 3 Bereiche kann man Filterbauarten unterteilen

A

nach Betriebsweise:
- diskontinuierlich
- kontinuierlich
nach dem Filtermittel
nach der treibenden Kraft

30
Q

Je 2 Beispiele für diskontinuierliche und kontinuierliche Filtrationsarten

A

diskontinuierlich:
- Rahmenfilterpresse
- Schichtenfiltration
kontinuierlich:
- Vakuumbandfilter
- Inline-Filtration (z.B. Kerzenfiltration)

31
Q

Ziele der Filtration in der Getränkeproduktion

A
  • Entfernung von Trubstoffen
  • Entfernung von Mikroorganismen
  • Verminderung von Inhaltsstoffen, die im abgefüllten Getränk zu einer Trübung führen
  • Sensorische Verbesserung
32
Q

Welche Ziele müssen erreicht werden zum Klären, Schönen und Stabilisieren von Getränken

A
  • enzymatischer Abbau von hochmolekularen Substanzen wie Pektin und Stärke
  • Ladungsausgleich und gegenseitige Flockung entgegengesetzt geladener Kolloidpartikel
  • Adsorption von Proteinen, Polyphenolen und anderen Substanzen an Polyamide, Bentonite etc.
33
Q

Klär- und Stabilisierungsmittel für Getränke (5)

A

wichtigstes Klärhilfsmittel:
- Gelatine
weitere Hilfsmittel:
- Tannine (Gerbsäure)
- Kieselsol (in Wasser kolloidal gelöste Kieselsäure)
- Bentonit (quellfähige Tonerde der Montmorillonitgruppe)
- Enzyme: Pektinasen, Proteasen, Amylasen, Cellulasen

34
Q

Was sind Membrantrennverfahren
- was ist Retentat und Permeat

A
  • Verwendung von Membranen zur Trennung von Stoffgemischen
  • Trennung von molekulardispersen und kolloiddispersen Fluiden
    Retentat:
    enthält die vor der Membran aufkonzentrierten Moleküle (kein Filterkuchen)
    Permeat:
    enthält alle Substanzen, die die Membran passieren; es entspricht dem Filtrat der Kuchenfiltration
35
Q

Was ist eine Membran (bei Filtration)
+ welche 2 Membranarten gibt es

A
  • dünne, feinporige Wan
  • hält fast alle Teilchen oberhalb einer bestimmten Größe zurück
  • lässt die kleineren Teilchen ungehindert und ohne Verlust durch
    -> Selektivität
    Membranarten:
  • Symmetrische Membranen (Ober- und Unterseite weisen gleiche Eigenschaften auf)
  • Asymmetrische Membranen (zusammengesetzte Membran)
36
Q

Vorteile (8) des Membrantrennverfahrens
+ ein Nachteil

A
  • mit speziellen, auf das Trennproblem abgestimmten Membranen sind sehr günstige Selektivitäten zu
    erzielen
  • produktschonend: schonende Trennungen bei niedriger Temperatur
  • wesentlich geringerer Energiebedarf als für herkömmliche Trennverfahren
  • sichere Handhabung
  • hohe Flexibilität
  • geringer Gewichts- und Platzbedarf
  • umweltfreundlich
  • kontinuierlicher Prozess

Nachteil:
Verkleinerung des Stoffflusses wegen der Verbesserung der Selektivität
-> relativ langsamer Prozess, da von der Diffusion abhängig

37
Q

Modelle zum Mechanismus der Stofftrennung mit Membranen

A
  1. Porenmodell
  2. Lösungs-Diffusions-Modell
38
Q

Filtrationsarten von groß nach klein (5)

A
  1. Konventionelle Filtration
  2. Mikrofiltration
  3. Ultrafiltration
  4. Nanofiltration
  5. Umkehrosmose

5. Lebensmitteltechnologie (13 decks)

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