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Methode zur Auslegung von optimierten Tiefenfiltern

IGF-Nr. 16983 N

Es wurde ein Prüfstand entwickelt um das Filtrationsverhalten von Filtermitteln gegenüber wässrigen Suspensionen zu untersuchen. Dabei wurden sechs Vliese intensiv untersucht. Die Filtration fand bei allen Versuchen bei konstantem Volumenstrom und konstanter Zusammensetzung der Suspension statt. Es wurden der Differenzdruck über den Vliesen und die Partikelabscheidung der Vliese untersucht.

Die Filtrationseigenschaften der Vliese unterschieden sich stark voneinander. Hinsichtlich der anfänglichen Partikelabscheidung wurden nur geringe Schwankungen bei einzelnen Vliesen festgestellt. Die Schwankungen der Standzeiten waren dagegen bei einzelnen Vliesen teilweise sehr groß. Materialschwankungen haben demnach einen eher geringen Einfluss auf die Partikelabscheidung eines unbeladenen Vlieses, aber einen großen auf die Standzeit.

Es wurden mehrlagige symmetrische und asymmetrische Filtermedien untersucht. Zudem wurde der Einfluss des pH-Wertes und der Geschwindigkeit auf das Filtrationsverhalten untersucht. Es wurde außerdem das Partikelabgabeverhalten beladener Vliese untersucht. Dabei konnte beobachtet werden, dass sich zuvor abgeschiedene Partikeln teilweise wieder ablösen ließen.

Das Filtrationsverhalten einiger Vliese wurde mittels der 3D-Strömungssimulationssoftware DNSlab simuliert. Dazu wurde ein eigener Abscheidemechanismus entwickelt. Die simulierten Werte lagen in guter Näherung zu den experimentell ermittelten Werten.

Es wurde ein Modell zur Berechnung der Filtrationseigenschaften ermittelt. Die Berechnung des Differenzdrucks basiert auf dem Zellenmodell nach Kuwabara. Die Partikelabscheidung wird durch Einzelfaserabscheidung und Porenabscheidung bestimmt. Die Abscheidung wird über Sperrwirkung, Haftwahrscheinlichkeit und Siebwirkung unter Berücksichtigung der Vliesstruktur berechnet. Das Modell erlaubt die Berechnung komplexer Tiefenfiltermedien.

Die mit dem Modell simulierten Filtrationseigenschaften lagen in sehr guter Näherung zu den experimentell ermittelten Eigenschaften.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema vom 08/12 bis 10/14 an der Technischen Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (Gottlieb-Daimler-Straße , 67663 Kaiserslautern, Tel.: 0631/205-2121) unter der Leitung von Prof. Dr. S. Ripperger (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. S. Ripperger). 

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 16983 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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