Druckfiltration/Vakuumfiltration

Druckfiltration/Vakuumfiltration
Aufgabenstellung:
Es soll die Abhängigkeit der Filtrationsgeschwindigkeit von der Druckdifferenz bestimmt
werden. Dabei sind Unterschiede zwischen Überdruck bzw. Unterdruck zu überprüfen. Des
Weiteren ist die Reinheit des Filtrats für die jeweiligen Überdrücke bzw. Unterdrücke zu
bewerten.
Außerdem sind die Widerstandsbeiwerte  und ß zu bestimmen. Mit den erhaltenen Resultaten
ist eine Vorausberechnung des Durchsatzes auf einem Industriefilter vorzunehmen.
Beachte: Es sind jeweils drei Messreihen für die Überdrücke bzw. Unterdrücke (200 mbar,
400 mbar und 800 mbar) aufzunehmen!
Aufnahme eines Schemas der Versuchseinrichtung
Erstellen Sie vor Beginn der Versuche je ein Schema der Versuchseinrichtung für die Druckbzw. Vakuumfiltration.
Theoretische Grundlagen
Filtrieren ist das Abtrennen von Feststoffteilchen aus einem Mehrphasensystem mittels poröser
Filtermittel, die die Feststoffteilchen zurückhalten und von der Flüssigkeit durchströmt werden.
Die gleiche Operation für Feststoff-Gas-Systeme wird als Filtern bezeichnet.
Die treibende Kraft der Filtratströmung durch die Filterschicht kann ein Überdruck, Unterdruck,
hydrostatischer Druck oder Kapillardruck sein.
Für die Trennung von Suspensionen ist die Filtration die am universellsten einsetzbare Methode,
welche bei kleinsten und größten Mengen bzw. Durchsätzen von Trüben jeder Art, mit geringem
und hohem Feststoffgehalt sowie groben und feinen Teilchen bis zu kolloidalen Lösungen
angepasst werden kann. Wenn sich Feststoffpartikeln aufgrund ihrer Dichte nicht absetzen, ist
die Filtration das alternative Trennprinzip. Häufig ist die Sedimentation eine Vorstufe der
Filtration, um durch Voreindickung die teurere Filtrationsstufe von Flüssigkeit zu entlasten, wenn
es um die Gewinnung des möglichst trockenen Feststoffes geht (Unterlauf des Eindickers geht
zum Filter), oder um relativ grobe Teilchen vor Feinfiltern auszuscheiden (Oberlauf des
Absetzapparates geht zum Filter).
Kuchenfiltration
Bei der Filtration relativ feststoffreicher Suspensionen (Feststoffanteile > 1 Vol. %) lagert sich
auf dem Filtermittel ein messbar dicker, mehr oder weniger poröser Filterkuchen ab, der
ebenfalls vom Filtrat durchströmt wird und als sekundäres Filtermittel wirkt.
Für die Kuchenfiltration gilt:
V
p
  F
AC  VF
VF
 BC
2
mit AC'= AC/2p und BC'= BC/p
mit AC=F y und BC= F 


Die Einheit der y- Achse ist mit [s/(m³/m²)]
verständlicher)

VF 
Die in der Praxis ohnehin nicht messbaren Größen Porenzahl, Porenlänge und Porenquerschnitt
sind somit in spezifischen Widerständen  und enthalten, und diese Widerstandswerte müssen
aus zweckmäßig durchgeführten Kleinversuchen für die jeweilige Trübe und das Filtermittel
bestimmt werden.
y

ß
V
.
V
F
p
Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis der Trübe
fiktive Porenlänge pro 1 kg trockener Kuchen
fiktive Porenlänge pro 1 m2 Filtermittelfläche
Filtratvolumen
[kg/m³]
[m/kg]
[m/m²]
[m³]
Filtratvolumenstrom
dyn. Viskosität
Druckdifferenz
[m³/s]
[Pa*s]
[Pa]
Industrielle Zielstellung
Für ein Vakuum-Trommelfilter mit 20 m² installierter Filterfläche ist der zu erwartende
Durchsatz für einen Unterdruck von 500 mbar zu ermitteln.
Dabei ist zu berücksichtigen,
 dass das Filter einen Sektorwinkel der Ansaugzone von 105° aufweist,
 die Trommel-Drehzahl maximal bei 0,9 U/min liegt,
 Durchsatzberechnung auf die höchstmögliche Viskosität der Flüssigkeit, die sich im
Winterbetrieb bei einer Suspensionstemperatur von 10 °C ergibt, zu beziehen ist,
 der Kuchen im Hinblick auf seine störungsfreie Abnahme mindestens 5 mm dick sein soll.
Anhang
Durchführung - Druckfiltration:
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Entsprechende Probenmenge (Kalkstein mit einer Korngröße < 100µm) auswiegen und
in einen Messzylinder (1 Liter) geben um Konzentration von 40g/l herzustellen
Papierfilter im Filtergehäuse befestigen
Waage über Logger mit Laptop verbinden
Logger anschalten (mittlere Schalterstellung)
Wincontrol und Excel aufrufen
In Wincontrol neues Liniendiagramm erstellen (Messzyklus 2sec)
2l Gefäß auf Waage stellen; tarieren
Überprüfen ob Stellventil des Druckbehälters geschlossen
Druckausgleichsbehälter mit Filtergehäuse verbinden
Kompressor auf gewünschten Überdruck einstellen
Wincontrol auf Start der Messwertaufzeichnung setzen
Suspension in Filtrationsbehälter gießen (darauf achten, dass durch Rühren Produkt
vollständig in den Filtrationsbehälter gelangt) und dieses zuschrauben
Achtung: Ablaufschlauch unter Dreibein geschlossen halten
Wincontrol auf Start der Messwertaufzeichnung setzen
Filtration durch vorsichtiges Umlegen des Stellhebels starten
Nach vollständigem Durchlaufen der Suspension Messung durch Umlegen des Hebels
stoppen und Aufzeichnung beenden
Versuchsanlage vorsichtig auseinanderbauen und die Höhe des Filterkuchens messen
Abschließend aufgenommene Messwerte in Excel exportieren
Durchführung - Vakuumfiltration:
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Entsprechende Probenmenge (Kalkstein mit einer Korngröße < 100µm) auswiegen und
in einen Messzylinder (1 Liter) geben um Konzentration von 40g/l herzustellen
Papierfilter im Filtergehäuse befestigen
Waage über Logger mit Laptop verbinden
Logger anschalten (mittlere Schalterstellung)
Wincontrol und Excel aufrufen
In Wincontrol neues Liniendiagramm erstellen (Messzyklus 2sec)
2l Gefäß auf Waage stellen; tarieren
Überprüfen ob Stellventil des Vakuumbehälters geschlossen ist
Regulierventil über Druckausgleichsflasche mit Vakuumbehälter verbinden
Vakuumpumpe anschalten und Regulierventil auf gewünschten Unterdruck einstellen
Suspension in Filtrationsbehälter gießen (darauf achten, dass durch Rühren Produkt
vollständig in den Filtrationsbehälter gelangt) und dieses zuschrauben
Wincontrol auf Start der Messwertaufzeichnung setzen
Filtration durch vorsichtiges Umlegen des Stellhebels starten
Nach vollständigem Durchlaufen der Suspension Messung durch Umlegen des Hebels
stoppen und Aufzeichnung beenden
Versuchsanlage vorsichtig auseinanderbauen und die Höhe des Filterkuchens messen
Abschließend aufgenommene Messwerte in Excel exportieren

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