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Verfahrensteschnische Behandlung von hochkonzentrierten Suspensionen

Ref-Nr: TA-UKL-156


Kurzfassung

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur verfahrenstechnischen Behandlung festoffreicher Suspensionen, insbesondere solcher mit einem Feststoffanteil von mehr als 2 Vol-%, unter Verwendung von Scheibenfilter mit einer oder mehreren rotierenden Filterscheibenwellen.


Hintergrund

Im Zusammenhang mit erhöhten Anforderungen an die Qualität von Produkten und/oder verschärften Grenzwerten wird es erforderlich immer feinere Partikeln aus Flüssigkeitsströmen abzutrennen. Im Maschinenbau erfordern z. B. immer kleinere Strukturen und Spalten bei mechanischen Bauteilen eine Verbesserung der Verschleißschutzfiltration der Betriebsstoffe (z. B. Abtrennung feinere Partikeln aus Hydraulikölen). Auch die Nanopartikeltechnik stellt die Separationstechnik vor neue Herausforderungen. Die Aufarbeitung von Suspensionen mit Partikeln im Größenbereich unterhalb von 1 µm nimmt an Bedeutung zu. Entsprechende Suspensionen liegen z. B. nach einer Fällung oder Nassmahlung vor. Die Filtration von Suspensionen mit Partikel deutlich unter 500 nm spielt auch bei der Produktion und Anwendung von Polier- und CMP-Slurries, von Pigmenten und Zuschlagstoffen für Nanocomposites eine bedeutende Rolle. Zur Konzentrierung solcher Suspensionen sowie von Fermentationsbrühen in der Biotechnologie haben sich Membranverfahren etabliert, die in Form einer Querstromfiltration betrieben werden. Zur wirtschaftlichen Anwendung im großtechnischen Maßstab, wie er z. B. zur Nutzung biogener Roh- und Abfallstoffe vorgesehen ist, wird es notwendig, Membrananlagen mit wesentlich höheren Durchsätzen zu errichten als bisher, die zudem sicher sowie energie- und kosteneffizient betrieben werden müssen.


Bilder & Videos


Problemstellung

Zur Konzentrierung von Suspensionen mit Partikel deutlich unter 500 nm sowie von Fermentationsbrühen in der Biotechnologie haben sich Membranverfahren etabliert, die in Form einer Querstromfiltration betrieben werden. Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigen, dass eine Deckschichtbildung auf der Membran, auch bei einer dynamischen Betriebsweise in Form einer Querstromfiltration, den spezifischen Filtratstrom auf relativ niedrige Werte begrenzt. Oft werden Anlagen mit Membranmodulen mit spezifischen Filtratströmen < 100 l/(m²h) betrieben. Anlagen mit rotierenden Filterscheiben wurden in den letzten Jahren vermehrt getestet und eingesetzt. Damit konnte der spezifische Filtratstrom gegenüber den Querstromfiltrationsanlagen mit Membranmodulen erhöht werden. Außerdem wird damit der spezifische  Energiebedarf meist deutlich reduziert. Dennoch liegt der spezifische Filtratstrom oft unter 200 l/(m²h), was zeigt, dass auch bei den rotierenden Filterscheiben die Deckschichtbildung nicht vermieden wird. Es besteht daher ein grundlegender Forschungsbedarf zu zusätzlichen Maßnahmen, um den Filtratstrom deutlich zu steigern bzw. den Deckschichtaufbau vermindern.


Lösung

Mit dem neuentwickelten dynamischen Filtrationsverfahren ist es möglich hochviskose Partikel nahezu deckschichtfrei aus Suspensionen abzutrennen. Hierbei wird die ursprüngliche Suspension bis zu einer bestimmten Konzentration aufkonzentriert und anschließend die entfernte Mutterlauge mit Waschflüssigkeit ersetzt (Diafiltration). Die Vorrichtung besteht entweder aus einem zwei- oder mehrwelligen Scheibenfiltersystem oder einer Kombination aus rotierenden Scheiben und festen Statoren. Hierbei könne sowohl die Scheiben als auch die Statoren filternd ausgebildet sein. Die Schrägstellung einer oder mehrerer Scheiben führt zudem zu einem Pulsieren des Druckes im Filterraum. Der hierdurch verursachte Wechsel von Über- und Unterdruck im Scherspalt bewirkt ein stetiges Abreinigen der Filterscheibe und führt zu einer Steigerung des Filtratstromes. Der Neigungswinkel der Scheiben sollte hierbei an ihrem äußeren Rand einen Versatz zur senkrechten Wellenausrichtung zwischen 1 bis 10 mm aufweisen.

 

 


Vorteile

  • Behandlung von Suspensionen mit einem Feststoffanteil von mehr als 2 Vol-%
  • Vermeidung einer Deckschichtbildung durch Schrägstellung rotierender Scheiben
  • Steigerung des Filtratstromes durch den Wechsel von Über- und Unterdruck im Scherspalt
  • geringe Anschaffungs- und Betriebskosten

Anwendungsbereiche

Verfahrenstechnische Behandlung feststoffreicher Suspensionen


Service

Angeboten wird eine Lizenz für Herstellung und Vertrieb, exklusiv oder nicht-exklusiv.


IMG Innovations-Management GmbH

Dr. Simon Horoz
+49 631 31668-95
horoz@img-rlp.de
www.img-rlp.de
Adresse
Trippstadter Straße 110
67663 Kaiserslautern



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • EP 2544803 B1 erteilt

Stichworte

Querstromfiltration, Scheibenfilter, Behandlung von hochkonzentrierten Suspensionen, Filteranlage

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen