Bioverfahrenstechnik Trennen
Trennen
Trennen
Welches Ziel haben Trennprozesse in der Prozessindustrie?
Mit Hilfe des Trennprozesses wird ein Ausgangsstoff, der ein Komponenten bzw. Phasengemisch darstellt, durch Ausnutzung charakteristischer Trenneigenschaften ( Trennmerkmale z.B. Korngrösse) in mindestens zwei Produkte zerlegt, die sich hinsichtlich der Komponenten- bzw. Phasenzusammensetzung unterscheiden. Allgemein wird in der Verfahrenstechnik unter Trennen das Zerlegen eines Stoffgemisches oder Stoffgemenges in einzelne Komponenten verstanden.
Welche Kräfte und Kraftfelder werden zum Trennen disperser Systeme eingesetzt?
Nach Art er Triebkraft wird zwischen mechanischen und thermischen Trennverfahren unterschieden.
z.B. Fliehkraft, Schwerkraft
Erläutern sie en Unterschied zwischen Sortieren und Klassieren.
Klassieren: Ist die Zerlegung eines körnigen Haufwerks in einzelne Kornklassen unterschiedlicher Grössenbereiche.
Sortieren: Ist die Zerlegung eines körnigen Haufwerks in Komponenten unterschiedlicher Stoffart oder Eigenschaften.
Durch welche Einflüsse kann der Wirkungsgrad beim Siebvorgang beeinflusst werden?
- Gesamtfläche der freien Sieböffnung
- Sieböffnungsfehler
- Gutdurchsatz
- Kornverteilung
- Oberflächenfeuchte
- Oberflächenkräfte
- Art und Intensität der Gutbewegung
Was ist der prinzipielle Unterschied zwischen Filtration und Sedimentation und welche Kräfte können technisch dazu genutzt werden?
Filtrieren ist Abscheiden von Feststoffteilchen aus Suspensionen mit Hilfe eines porösen Filtermittels. Das Filtermittel lässt die feststofffreie Flüssigkeit, das Filtrat, durch und hält den Feststoff als Filterkuchen zurück.
Bei der Seimentation werden anhand eines Dichteunterschieds der festen zur Flüssigen Phase Kornklassen gleicher Sinkgeschwindigkeit abgeschieden. Klassierer können mit der Schwerkraft oder Fliehkräften arbeiten.
Im Gegensatz zur Sedimentation ist bei der Filtration kein Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit erforderlich. Benötigt wird ein Druckgefälle zwischen Suspension un Filtratseite. Bei der Filtration ist die Bewegungsrichtung von Feststoff und Flüssigkeit gleich. Bei der Sedimentation ist die Bewegungsrichtung entgegengesetzt.
Durch welche Grössen können Filtrations- und Sedimentationsprozesse beeinflusst werden?
Sedimentation: Fliehkraft, Dichteunterschied, Korngrösse, Temperatur
Filtration: Porengrösse, Druckunterschied, Filterdurchmesser
Was sind Flotationsprozesse und wo werden sie eingesetzt?
Flotieren ist das Sortieren von feinkörnigen Gemengen in einer Suspension mit Hilfe von Luftblasen aufgrund unterschiedlicher Benetzbarkeit gegenüber Wasser und künstlichen Zusätzen.
Flotieren wird auch als Sedimentation entgegen dem Erdschwerfeld bezeichnet. Technisch gesehen wird dies erreicht indem die Feststoffpartikel an Gasblasen bzw. Flüssigkeitstropfen mit geringere Dichte angelagert werden. Flotationsverfahren werden häufig als Sortierverfahren in der Aufarbeitung eingesetzt.
Erläutern sie den Unterschied zwischen Oberflächen- und Tiefenfiltration an einem Beispiel.
Bei der Oberflächenfiltration erfolgt die Abtrennung der Feststoffteilchen einer Suspension durch einen, sich im Laufe der Filtration au den Feststoffteilchen aufbauenden Filterkuchen. Aus Gründen der Verstopfungsgefahr und des Strömungswiderstandes werden die Porendurchmesser des Filtermediums grösser als die Durchmesser der in der Suspension enthaltenen Partikel gewählt. Feststoffteilchen gelangen in das Filtrat bis sich über den Poren des Filtermediums Feststoffbrücken aufgebaut haben. Die Feststoffbrücken erfüllen dann ihrerseits die Funktion des Filtermediums. Innerhalb des Filterkuchens treten nach dem Aufbau der Filterschicht neben der Siebwirkung auch die gleichen Trenneffekte wie sie im Tiefenfilter auftreten ( Sperreffekte, Sedimentation und Diffusion) auf.
Die Tiefenfiltration beruht auf dem Prinzip der Partikelabscheidung im Innern grobporiger Schichten. Die Abscheidung der Partikeln basiert hauptsächlich auf den drei Mechanismen der Sperreffekte (Interzeption) Sedimentation und Diffusion.
Oberflächenfiltration: z.B. Abfiltrieren anhand eines Papierfilters
Tiefenfiltration: Säule
Mittels welcher Methode können Filterprozesse massstabvergrössert werden?
Hagen-Poiseuille gesetz und Carmansche Gleichung
Bis zu welchen Trenngrössendurchmesser wird von normaler Filtratione, Mikro-, Ultra- und Nanofiltration gesprochen?
Siehe Skript trennen seite 35
Was wird unter Crossflow-Filtration verstanden?
Bei der Querstromfiltration wird die zu filtrierende Suspension mit einer hohen Geschwindigkeit von etwa 2,5 bis 3 m/s parallel einer Membran oder eines Filtermediums gepumpt und das Permeat quer zur Fließrichtung abgezogen. Die aufgrund der turbulenten Strömung an der Filteroberfläche auftretenden Scherkräfte lassen sich in Abhängigkeit vom Volumenstrom variieren. Durch die hohe Geschwindigkeit wird vermieden, dass sich ein Filterkuchen (Deckschicht oder Fouling) aus den abzutrennenden Feststoffpartikeln auf der Membran aufbauen kann. Ein Filterkuchen würde den Filtrationswiderstand und damit den Druckverlust über den Filter erhöhen, was mit einem höheren apparativen und energetischen Aufwand verbunden ist. Während bei gewöhnlichen Filtern die abzuscheidenden Feststoffe als Filterkuchen gewonnen werden, kann in der Querstromfiltration der Feststoff nur soweit aufkonzentriert werden, dass die Suspension noch pumpbar ist. Das Filtrat ist in beiden Fällen frei von Feststoffen
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Welches Ziel haben Trennprozesse in der Prozessindustrie?
Mit Hilfe des Trennprozesses wird ein Ausgangsstoff, der ein Komponenten bzw. Phasengemisch darstellt, durch Ausnutzung charakteristischer Trenneigenschaften ( Trennmerkmale z.B. Korngrösse) in mindestens zwei Produkte zerlegt, die sich hinsichtlich der Komponenten- bzw. Phasenzusammensetzung unterscheiden. Allgemein wird in der Verfahrenstechnik unter Trennen das Zerlegen eines Stoffgemisches oder Stoffgemenges in einzelne Komponenten verstanden.
Welche Kräfte und Kraftfelder werden zum Trennen disperser Systeme eingesetzt?
Nach Art er Triebkraft wird zwischen mechanischen und thermischen Trennverfahren unterschieden.
z.B. Fliehkraft, Schwerkraft
Erläutern sie en Unterschied zwischen Sortieren und Klassieren.
Klassieren: Ist die Zerlegung eines körnigen Haufwerks in einzelne Kornklassen unterschiedlicher Grössenbereiche.
Sortieren: Ist die Zerlegung eines körnigen Haufwerks in Komponenten unterschiedlicher Stoffart oder Eigenschaften.
Durch welche Einflüsse kann der Wirkungsgrad beim Siebvorgang beeinflusst werden?
- Gesamtfläche der freien Sieböffnung
- Sieböffnungsfehler
- Gutdurchsatz
- Kornverteilung
- Oberflächenfeuchte
- Oberflächenkräfte
- Art und Intensität der Gutbewegung
Was ist der prinzipielle Unterschied zwischen Filtration und Sedimentation und welche Kräfte können technisch dazu genutzt werden?
Filtrieren ist Abscheiden von Feststoffteilchen aus Suspensionen mit Hilfe eines porösen Filtermittels. Das Filtermittel lässt die feststofffreie Flüssigkeit, das Filtrat, durch und hält den Feststoff als Filterkuchen zurück.
Bei der Seimentation werden anhand eines Dichteunterschieds der festen zur Flüssigen Phase Kornklassen gleicher Sinkgeschwindigkeit abgeschieden. Klassierer können mit der Schwerkraft oder Fliehkräften arbeiten.
Im Gegensatz zur Sedimentation ist bei der Filtration kein Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit erforderlich. Benötigt wird ein Druckgefälle zwischen Suspension un Filtratseite. Bei der Filtration ist die Bewegungsrichtung von Feststoff und Flüssigkeit gleich. Bei der Sedimentation ist die Bewegungsrichtung entgegengesetzt.
Durch welche Grössen können Filtrations- und Sedimentationsprozesse beeinflusst werden?
Sedimentation: Fliehkraft, Dichteunterschied, Korngrösse, Temperatur
Filtration: Porengrösse, Druckunterschied, Filterdurchmesser
Was sind Flotationsprozesse und wo werden sie eingesetzt?
Flotieren ist das Sortieren von feinkörnigen Gemengen in einer Suspension mit Hilfe von Luftblasen aufgrund unterschiedlicher Benetzbarkeit gegenüber Wasser und künstlichen Zusätzen.
Flotieren wird auch als Sedimentation entgegen dem Erdschwerfeld bezeichnet. Technisch gesehen wird dies erreicht indem die Feststoffpartikel an Gasblasen bzw. Flüssigkeitstropfen mit geringere Dichte angelagert werden. Flotationsverfahren werden häufig als Sortierverfahren in der Aufarbeitung eingesetzt.
Erläutern sie den Unterschied zwischen Oberflächen- und Tiefenfiltration an einem Beispiel.
Bei der Oberflächenfiltration erfolgt die Abtrennung der Feststoffteilchen einer Suspension durch einen, sich im Laufe der Filtration au den Feststoffteilchen aufbauenden Filterkuchen. Aus Gründen der Verstopfungsgefahr und des Strömungswiderstandes werden die Porendurchmesser des Filtermediums grösser als die Durchmesser der in der Suspension enthaltenen Partikel gewählt. Feststoffteilchen gelangen in das Filtrat bis sich über den Poren des Filtermediums Feststoffbrücken aufgebaut haben. Die Feststoffbrücken erfüllen dann ihrerseits die Funktion des Filtermediums. Innerhalb des Filterkuchens treten nach dem Aufbau der Filterschicht neben der Siebwirkung auch die gleichen Trenneffekte wie sie im Tiefenfilter auftreten ( Sperreffekte, Sedimentation und Diffusion) auf.
Die Tiefenfiltration beruht auf dem Prinzip der Partikelabscheidung im Innern grobporiger Schichten. Die Abscheidung der Partikeln basiert hauptsächlich auf den drei Mechanismen der Sperreffekte (Interzeption) Sedimentation und Diffusion.
Oberflächenfiltration: z.B. Abfiltrieren anhand eines Papierfilters
Tiefenfiltration: Säule
Mittels welcher Methode können Filterprozesse massstabvergrössert werden?
Hagen-Poiseuille gesetz und Carmansche Gleichung
Bis zu welchen Trenngrössendurchmesser wird von normaler Filtratione, Mikro-, Ultra- und Nanofiltration gesprochen?
Siehe Skript trennen seite 35
Was wird unter Crossflow-Filtration verstanden?
Bei der Querstromfiltration wird die zu filtrierende Suspension mit einer hohen Geschwindigkeit von etwa 2,5 bis 3 m/s parallel einer Membran oder eines Filtermediums gepumpt und das Permeat quer zur Fließrichtung abgezogen. Die aufgrund der turbulenten Strömung an der Filteroberfläche auftretenden Scherkräfte lassen sich in Abhängigkeit vom Volumenstrom variieren. Durch die hohe Geschwindigkeit wird vermieden, dass sich ein Filterkuchen (Deckschicht oder Fouling) aus den abzutrennenden Feststoffpartikeln auf der Membran aufbauen kann. Ein Filterkuchen würde den Filtrationswiderstand und damit den Druckverlust über den Filter erhöhen, was mit einem höheren apparativen und energetischen Aufwand verbunden ist. Während bei gewöhnlichen Filtern die abzuscheidenden Feststoffe als Filterkuchen gewonnen werden, kann in der Querstromfiltration der Feststoff nur soweit aufkonzentriert werden, dass die Suspension noch pumpbar ist. Das Filtrat ist in beiden Fällen frei von Feststoffen
