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Dynamisches Waschen von Suspensionen mit feinsten Partikeln (d < 10 µm)

IGF-Nr. 15957 N

Es wurde das dynamische Waschen von feinsten Titandioxid- und Aluminiumoxidsuspensionen in vier Filtern mit sich drehenden Scheiben. Dabei handelte sich um zwei einwellige und zwei doppelwellige Scheibenfilter mit unterschiedlichen Scheibengeometrien. Ein großer Vorteil der Scheibenfilter ist die hohe Wandschubspannung, die durch die Rotation der Scheiben bei relativ niedrigen Druckdifferenzen erreicht werden kann. Die Schubspannung kann über [Schiele, 1979] abgeschätzt werden.
Vor allem die rheologischen Eigenschaften der Suspensionen in Kombination mit der Hydrodynamik haben einen entscheidenden Einfluss auf den Waschverlauf. Hierbei muss vor Allem das nicht newton´sche Fließverhalten höher konzentrierter Suspensionen berücksichtigt werden.

Deshalb sind die rheologischen Eigenschaften am Rheometer untersucht worden. Für die Rheologiemessungen wurden eine Platte-Platte-Geometrie und eine Zylinder-Doppelspaltgeometrie mit einer helikalen Wendelnut eingesetzt. Mit steigender Feststoffkonzentration entwickeln die Suspensionen eine immer stärke Ausprägung zum strukturviskosen Fließverhalten mit einer größer werdenden Fließgrenze. Diese ist von der Suspensionstemperatur abhängig. Partikelagglomerate beeinflussen die Suspensionsviskosität erheblich. Je größer die Agglomerate in der Suspension sind, desto höher ist die Viskosität der Dispersion.

Durch Scheibenrotation und dem strukturviskosen Fließverhalten werden die Bedingungen zum Bilden einer hohen Deckschicht, die den Filtratstrom minimiert und die Waschzeit erhöht, deutlich erschwert. Der Filtratvolumenstrom ist der geschwindigkeitsbestimmende Part einer dynamischen Waschung. Die Deckschichtbildung resultiert aus dem Gleichgewicht von Partikelan- und abtransport an der Scheibenoberfläche. Es wurden die Auswirkungen der Art des Partikelsystems, der Feststoffkonzentration, Drehzahl, Prozesstemperatur, pH, transmebranen Druckdifferenz und der Waschmethode (dis- oder kontinuierlich) auf das Waschergebnis, die Waschwassermenge und die Waschzeit in den vier Separatoren gezeigt.

Es konnte gezeigt werden, dass die Waschung im doppelwelligen Scheibenfiltern mit der Theorie der kontinuierlichen Diafiltration vorhergesagt werden kann. Für die Waschkurve spielen dabei die Prozessparameter, wie die Temperatur, pH, Druckdifferenz, Partikelsystem, Waschmethode und die Feststoffkonzentration keine Rolle. Sie haben nur einen Einfluss auf die Waschdauer und Waschmittelmenge. Diese Aussage ist in den einwelligen Separatoren nur bedingt gültig. Aufgrund der ungleichmäßigen Strömungsbedingungen über den gesamten Scheibenradius kann es zur Kuchenbildung zwischen den Scheiben kommen. Dadurch kann keine ideale Durchmischung gewährleistet werden.

Durch geschickte Parameterwahl kann ein Betrieb mit einer "hochfrequenten autodynamischen Rückspülung" nachgewiesen und angewendet werden. Dadurch kann eine hochfrequente Rückspülung der Scheiben erfolgen. Somit kann ein Zuwachsen der Scheibenoberfläche verhindert werden.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 01/09 bis 12/10 an der Technische Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (67663 Kaiserslautern, Gottlieb-Daimler-Straße, Tel.: 0631/205-2114) unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. S. Ripperger (gleichzeitig Leiter der Forschungsstelle).

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 15957 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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