Trennprozesse

Zum Trennen von dispersen Systemen werde folgende Methoden eingesetzt.

• Entstauben
• Flüssigkeitsabtrennen und Klären

Nach Art der Triebkraft wird zwischen mechanischen und thermischen Trennoperationen unterschieden. Zum Beispiel:

Mechanische Entstaubung

• Schwerkraft
• Trägheitskraft

Nassentstaubung

• Zwischenmolekulare Bindungskräfte

Elektroentstaubung

• Elektrisches Feld

Kassieren ist das Trennen (Zerlegen) eines körnigen Haufewerks nach Kornklassen unterschiedlicher Grössenbereiche. Generell werden 2 Klassierungsmethoden unterschieden (Siebklassieren, Stromklassieren)

Sortieren ist das Auftrennen eines Stoffgemisches in Komponenten unterschiedlicher Stoffart bzw. unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften. Beim Sortieren werden Korngrössen  als Unterscheidungsmerkmal nicht berücksichtigt. 

• Dichte
• magnetische Suszeptibilität (Magnetisierbarkeit eines Stoffes in einem magn. Feld)
• elektrische Leitfähigkeit
• Dielektrizitätskonstante
• Grenzflächeneigenschaften (Benetzbarkeit)
• optische Eigenschaften (Reflexion)

-    Gesamtfläche der freien Sieböffnung
-    Sieböffnungsfehler
-    Gutdurchsatz
-    Kornverteilung
-    Oberflächenfeuchte
-    Oberflächenkräfte
-    Art und Intensität der Gutbewegung

Filtrieren ist das mechanische Trennen von Feststoff und Flüssigkeit aufgrund ihrer unterschiedlichen Teilchengrösse mit Hilfe eines Filtermittels. Ein Dichteunterschied der zu trennenden Stoffe ist nicht notwendig. Die Bewegungsrichtung von Feststoff und Flüssigkeit ist gleich. 

Für eine Filtration wird ein Druckgefälle delta p zwischen Suspensions- und Filtrationsseite des Filters als Triebkraft benötigt. Diese Triebkraft kann technisch durch: 

• Erdschwerkraft
• Druck
• Vakuum
• Zentrifugalkraft

erzeugt werden. 

Bei den sedimentierenden Verfahren vollzieht sich die Trennung aufgrund eines Dichteunterschiedes von Feststoff und Flüssigkeit im Erdschwere- oder Zentrifugalfeld, bzw. aufgrund magnetischer oder elektrischer Eigenschaften des Feststoffes in einem Magnetbzw. elektrischen Feld. Charakteristisch für die Sedimentationsverfahren ist die entgegengesetzt gerichtete Bewegung von Feststoff und Flüssigkeit

Physikalische Grundlage des Absetzvorganges bildet das auf ein Teilchen wirkende Kräftegleichgewicht von Schwerkraft (Erdanziehungskraft), Auftriebskraft und Widerstandskraft.  

Sedimentation: Fliehkraft, Dichteunterschied, Korngrösse, Temperatur, Viskosität der Flüssigkeit
Filtration: Porengrösse, Druckunterschied, Filterdurchmesser

Sortieren von feinkörnigen Haufewerken in einer Suspension mit Hilfe von Blasen aufgrund unterschiedlicher Benetzbarkeit gegenüber Wasser und künstlichen Zusätzen als wesentliches Trennmerkmal.

Charakteristisch für diese Prozesse ist, dass die abzutrennenden Stoffe an Fluidteilchen (Gasblasen, Öltropfen u.ä.) angekoppelt werden. Durch diese Ankopplung kann die Bewegung der Teilchen und ihre Dichte zielgerichtete im Prozessraum beeinflusst werden. 

Bei der Oberflächenfiltration erfolgt die Abtrennung der Feststoffteilchen einer Suspension durch einen, sich im Laufe der Filtration aus 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 ins das Filtrat bis sich über den Poren des Filtermediums Feststoffbrücken aufgebaut haben. Die Feststoffbrü- cken erfüllen dann ihrerseits die Funktion des Filtermediums. Innerhalb des Filterkuchens treten nach dem Aufbau der Filterschicht (Filterkuchen) neben der Siebwirkung auch die gleichen Trenneffekte wie sie im Tiefenfilter auftreten (Sperreffekte, Sedimentation und Diffusion 

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

Filtrationswiederstände alpha und beta werden bestimmt und entsprechend der Gleichung vergrössert. Anschliessend werden Filterversuch durchgeführt und dann entsprechend Hochskaliert. 

Hagen-Poiseuille gesetz und Carmansche Gleichung

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Bei der Querstrom-, dynamischen oder Cross-Flow-Filtration bewegen sich Filtermedium und Suspension parallel zueinander mit grosser Relativgeschwindigkeit. Die Strömungsrichtung des Filtrates (Permeates) und der Suspension (Konzentrat) stehen senkrecht zueinander. Die in der Suspension enthaltenen Feststoffe werden an der Oberfläche eines Filtermediums abgeschieden bzw. zurückgehalten 

Der Zulauf wird über eine Hohlwelle zugeführt und strömt auf den Zentrifugenboden, wobei das Produkt vom Verteiler schonend auf die volle Drehzahl beschleunigt wird. In der Trommel befindet sich ein Tellerpaket mit 3 - 150 Tellern. Zwischen den Tellern ist nur ein geringer Abstand. In den Zwischenräumen zwischen den Tellern findet die Trennung der Stoffe statt. Der Stoff mit der höheren Dichte sammelt sich an der Unterseite des oben liegenden Tellers und wird nach unten abgeleitet. Der Feststoff (das Sediment) sammelt sich in einem Sedimentsammelraum am Rand der Trommel ab. Ein hydraulisches System im Unterteil der Trommel bewirkt das der abgeschiedene Feststoff periodisch bei voller Drehzahl ausgestoßen wird. Die geklärte Flüssigkeit fließt aus dem Tellerpaket am oberen Ende zu einer Schälscheibe, von wo sie unter Druck über Rohrsysteme abgeleitet wird.

Sichten, auch Aeroklassieren genannt, ist das Klassieren durch die Ausnutzung der unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit verschieden grosser Feststoffteilchen in einem Luftstrom. Beim Sichten wird ein trockenes (maximale Feuchtigkeit 5 bis 6 %) körniges Haufwerk in einem Sichtstrom (Luft) in zwei Gleichfälligkeitsklassen geteilt. Die Trenngrenze an der die Auftrennung des Haufwerks in zwei Kornklassen erfolgt, liegt im Bereich von 2 µm bis 10 mm und hängt von der Art des gewählten Sichters 

Nach der erreichbaren Trenngrenze wird unterschieden zwischen:

• Grobsichter
•  Feinsichter
• Feinstsichter

Nach dem einwirkendem Kraftfeld wird unterschieden in:

• Fliehkraftsichter
• Schwerkraftsichter
• Streusichter

Zum  Trennen von Feststoffgemischen  (im Luftstrom)

Trennen von Feststoff/Flüssigkeitsgemischen (in einer Flüssigkeit) 

Metallische Gegenstände können so heraussortiert werden. 

Klauben ist das Sortieren eines Haufwerkes bzw. einer Objektmenge bei der definierte Trennmerkmale eines jeden einzelnen Kornes bzw. Objektes geprüft wird. Körner bzw. Objekte, die einen Schwellenwert überschreiten (oder auch unterschreiten), werden aus dem Gut bzw. Gutstrom ausgelenkt.

Unterschieden werden: Handklauben und  automatisches Klauben

Dekanter sind Vollmantelzentrifugen. Sie werden vorwiegend zur Trennung von Suspensionen mit einem hohen Feststoffanteil genutzt. Sie besitzen eine liegend angeordnete Vollwandtrommel in der mit geringerer Drehzahl eine passende Förderschnecke rotiert. Die zu trennende Suspension wird über eine Hohlwelle eingetragen.

Vorteil: Schneckengänge können sich verändern und verdichten. Der Stoff wird im gegensatz zum Separator entwässert.