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Prozessverständnis und optimale Steuerung von realen Anschwemmfiltrationsprozessen mit kompressibler Filterschicht

IGF-Nr. 19947 BG

Forschungsstelle 1: TU Bergakademie Freiberg
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und
Aufbereitungstechnik
Agricolastraße 1
09596 Freiberg 
Projektleiter 1: Prof. Dr.-Ing. Urs Peuker
Forschungsstelle 2: Technische Universität München
Wissenschaftszentrum Weihenstephan (WZW)
Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik
Gregor-Mendel-Straße 4
85354 Freising
Projektleiter 2: Prof. Dr.-Ing. Heiko Briesen 
Laufzeit: 01.07.2018 - 31.12.2020

Die Anschwemmfiltration ist eine effektive und flexible Technik zur Abtrennung von sehr feinen Partikeln (x < 5 µm) aus niedrig konzentrierten Suspensionen. Ziel der Anschwemmung ist es, sowohl ein partikelfreies Filtrat zu erhalten, als auch einen Filterkuchen mit einer hohen Permeabilität aufzubauen. Der zu reinigenden Suspension wird ein Filterhilfsmittel (FHM) zugesetzt, das einen permeablen Filterkuchen aufbaut, in dem sich die Verunreinigungen abscheiden. Die Kombination von Voranschwemmung (Precoat) und eigentlicher Anschwemmung ermöglicht es, bereits zu Beginn des Filtrationsprozesses ein partikelfreies Filtrat zu erzeugen.

Sowohl die Auswahl aus auch die Dosierung des FHM können gezielt an die jeweils vorliegende Trennaufgabe angepasst werden. Hierfür ist aber ein ausgeprägtes Prozess- und Systemverständnis notwendig, das für kompressible Filterhilfsmittel erarbeitet werden soll. Das Vorhaben gliedert sich ein einen experimentellen und einen Modellierungsteil. Letzterer dient als Grundlage für die Entwicklung einer optimalen Prozessführungsstrategie unter Nutzung des Ansatzes der Optimalsteuerung.

Die adressierte Steuergröße ist die dosierte Menge eines geeigneten Filterhilfsmittels; es werden somit optimale Dosierungstrajektorien über die Zeit ermittelt. Dieses innovative Vorhaben fügt sich in das Ideal des automatisierten Betriebs ein, wie es im Konzept der Industrie 4.0 formuliert ist. Ziel ist es, den Verbrauch an Filterhilfsmittel um 25 % zu senken und das Filterhilfsmittel systematisch, auf das Stoffsystem abgestimmt, auszuwählen.        

KmU, die typischerweise Betreiber solcher Prozesse sind, sparen durch die Umsetzung der Ergebnisse erhebliche Betriebskosten aufgrund des Minderverbrauchs an FHM. Für KmU, die Filtrationsprozesse auslegen, wird zukünftig eine gezieltere Auswahl Filterhilfsmittels möglich, da ihnen nun Methoden zur Verfügung stehen, um die Wechselwirkungen zwischen Verunreinigung und Filterhilfsmittel zu quantifizieren.

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 19947 BG der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird 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.