Handbuch der industriellen Fest-/Flüssig-Filtration

519 Pages·2000·21.19 MB·German

by  Horst Gasper, Dietmar Oechsle, Elmar Pongratz

Handbuch der industriellen Fest/Flüssig-Filtration
2. vollständig überarbeitete und stark erweiterte Auflage
Herausgegeben von
Horst Gasper, Dietmar Oechsle
und Elmar Pongratz
WILEY-VCH
Handbuch der industriellen Fest-/Flüssig-Filtration, 2. Auflage. Hrsg. H. Gasper, D. Oechsle, E. Pongratz
Copyright © 2000 WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim
ISBN: 3-527-29796-0
Handbuch der
industriellen Fest/
Flüssig-Filtration
2. vollständig überarbeitete und stark erweiterte Auflage
Herausgegeben von
Horst Gasper, Dietmar Oechsle
und Elmar Pongratz
WILEY-VCH
Weinheim • New York • Chichester
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Horst Gasper Dietmar Oechsle
Mühlenweg 15c Elmar Pongratz
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Vorwort
Die Fest/Flüssig-Filtration ist bei vielen industriellen Herstellungsprozessen ein unum-
gängliches Verfahren. Die Filterherstellungs- und Anwendungstechnik wird laufend
weiterentwickelt, da einerseits die Qualitätsanforderungen an Produkte ständig steigen,
andererseits
- Schutz des Bedienungspersonals,
- Umweltaspekte und
- Entsorgung der Rückstände
immer größere Anforderungen stellen.
Die vorliegende zweite Auflage des Handbuchs wurde im Vergleich zur ersten Aufla-
ge gründlich überarbeitet und thematisch erheblich erweitert. Sie vermittelt in systema-
tischer Form
- den gegenwärtigen Stand der Technik,
- Funktion, Einsatzbereiche und Leistungsfähigkeit konventioneller und neuer Filter
und
- für die industrielle Praxis verwertbare Informationen bei Projektierung und Betrieb
industrieller Filtersysteme.
Auf diese Weise soll das Buch eine umfassende Arbeitsgrundlage für jeden darstellen,
der sich mit dem Thema der industriellen Fest/Flüssig-Filtration intensiv befaßt.
Das erweiterte Kapitel 3 behandelt wiederum in alphabetischer Reihenfolge industri-
ell häufig eingesetzte Fest/Flüssig-Filterbauarten, dies sind
- mit Druckdifferenz arbeitende Filterapparate,
- Preßfilter, deren bekannteste Ausführung die Siebbandpresse ist, und
- mit reiner Zentrifugalkraft arbeitende Filterzentrifugen.
Da die Verfahrenstechnik der Fest/Flüssig-Filtration sehr umfangreich und inhaltlich
komplex ist, wurde das Konzept des Fachbuchs beibehalten, die einzelnen Kapitel von
Experten für das jeweilige Sachgebiet bearbeiten zu lassen.
Den Herren D. Oechsle und E. Pongratz sei gedankt, daß sie sich während der
Bearbeitung dieses Handbuchs bereit erklärt haben, als Herausgeber an der Fertigstel-
lung mitzuwirken. Ebenso danke ich den Autoren, die trotz anderweitiger starker beruf-
licher Belastung an dieser zweiten Auflage mitgearbeitet haben.
Düren, Dezember 1999 Horst Gasper
Inhalt
1 Einleitung l
2 Grundlagen 3
2.1 Stand der Technik und Entwicklungstendenzen bei Fest/Flüssig-
Filtern 3
2.2 Analyse des Filtrationsproblems 7
2.3 Filter-Auswahlkriterien 9
2.4 Filtrationsverfahren und -arten 10
2.4.1 Oberflächenfiltration 13
2.4.2 Tiefenfiltration 14
2.4.3 Kuchenfiltration 15
2.4.4 Anwendungsbeispiel 15
2.5 Trenn Wirkung von Filtermedien 17
2.5.1 Einleitung 17
2.5.2 Definition der Begriffe 17
2.5.3 Filtrationsparameter 18
2.5.4 Arbeitsweise 19
2.5.5 Filtratqualität 21
2.6 Theoretische Grundlagen der Fest/Flüssig-Filtration 22
2.6.1 Einleitung 22
2.6.2 Klassifikation von Filtration s verfahren und -arten 22
2.6.2.1 Oberflächenfiltration 23
2.6.2.2 Kuchenfiltration 23
2.6.2.3 Tiefenfiltration 24
2.6.3 Filtrationsmodelle 24
2.6.3.1 Strömung durch eine poröse Schicht 24
2.6.3.2 Kuchenfiltration 25
2.6.3.3 Weitere Filtrationsmodelle 28
2.6.4 Abweichungen des praktischen Filtrationsverlaufes von den theoreti-
schen Gesetzen 32
3 Filterbauarten und ihre Einsatzbereiche 35
3.1 Übersicht 35
3.2 Anschwemmsysteme 48
3.2.1 Einführung 48
3.2.2 Voranschwemmung 49
3.2.3 Dauerdosierung 50
3.2.4 Filtrationsleistung 51
VIII Inhalt
3.2.5 Sicherheitsfilter 51
3.2.6 Anwendungen 52
3.2.7 Filterbauarten 52
3.2.8 Weiterentwicklungen 52
3.3 Autopress 54
3.3.1 Allgemeine Beschreibung 54
3.3.2 Aufbau 54
3.3.3 Funktionsprinzip 57
3.3.4 Anwendungen 60
3.3.4.1 Kriterien 60
3.3.4.2 Anforderungen 60
3.3.4.3 Einsatzbereiche 61
3.3.4.4 Vorteile 61
3.3.4.5 Baugrößen 61
3.3.4.6 Werkstoffe 61
3.4 Bandfilter 62
3.4.1 Abgrenzung zu anderen Trenn- und Filterapparaten 62
3.4.2 Vakuumbandfiltertypen 62
3.4.2.1 Traggurtfilter 63
3.4.2.2 Wannenfilter 66
3.4.3 Prozeßtechnik der Vakuumbandfilter 68
3.4.3.1 Filterkuchenwäsche 68
3.4.3.2 Entfeuchtung des Filterkuchens 71
3.4.3.2.1 Mechanische Entfeuchtung 72
3.4.3.2.2 Thermische Entfeuchtung 75
3.4.4 Zusammenfassung 77
3.4.5 Vakuumbandfilter zur Klarfiltration 79
3.4.5.1 Beschreibung 79
3.4.5.2 Funktion 80
3.4.5.3 Leistungs werte 81
3.4.5.4 Einsatzbereiche 81
3.4.5.5 Abmessungen 82
3.5 Beutelfilter 83
3.5.1 Kurzbeschreibung und Funktion 83
3.5.2 Anwendungsbereiche 85
3.5.3 Bauarten 86
3.5.4 Stützkorb 87
3.5.5 Sonderausführungen 89
3.5.6 Zubehör 89
3.5.7 Filterbeutelarten 89
3.5.8 Oberflächenfiltration mit Geweben 90
3.5.9 Tiefenfiltration mit Nadelfilzen 92
3.5.9.1 Abscheidevorgänge im Nadelfilz 93
3.5.9.2 Oberflächenbehandlung von Nadelfilzen 93
Inhalt IX
3.5.10 Inbetriebnahme von Beutelfiltern 94
3.5.10.1 Betriebshinweise 94
3.6 Druckblattfilter 95
3.6.1 Einleitung 95
3.6.2 Grundausführungen der Druckblattfilter 96
3.6.2.1 Mit horizontalem Filterbehälter 96
3.6.2.2 Mit vertikalem Filterbehälter 98
3.6.2.3 Mit schräg liegendem Behälter 99
3.6.3 Arbeitsweise 99
3.6.3. l Ausbildung einer filtrierenden Schicht auf dem Filterelement: 99
3.6.3.2 Filtration 100
3.6.3.3 Entleeren des Filterbehälters und Kuchenbehandlung 101
3.6.3.4 Reinigen des Filters 101
3.6.4 Automatisierung 102
3.6.5 Auswahl eines Druckblattfilters 103
3.6.6 Einsatzgebiete von Druckblattfiltern 104
3.7 Druckdrehfilter 105
3.7.1 Einleitung 105
3.7.2 Aufbau und Funktionsprinzip 106
3.7.3 Konstruktion 107
3.7.3.1 Filtertrommel 107
3.7.3.2 Filtergehäuse 108
3.7.3.3 Gehäuseabdichtung 109
3.7.3.4 Dichtelemente 109
3.7.3.5 Kuchenabnahme 110
3.7.3.6 Filtratabtrennung und-ableitung 110
3.7.3.7 Antriebssystem 111
3.7.4 Anwendungen 111
3.7.4.1 Kriterien 111
3.7.4.2 Anforderungen 111
3.7.4.3 Einsatzgebiete 112
3.7.5 Filtergrößen 112
3.7.6 Werkstoffe 112
3.7.7 Fließschema 113
3.8 Dynamische Filtration 114
3.8.1 Begriffsbestimmung 114
3.8.2 Ausführungen dynamischer Filter 114
3.8.2.1 Crossflow-Filtration 114
3.8.2.2 Scherspaltfilter 115
3.8.2.3 Scheibendruckfilter 117
3.8.2.4 Tubular-Rotor-Filter 117
3.9 Filterpressen 119
3.9.1 Einführung 119
3.9.2 Einsatzgebiete 119
X Inhalt
3.9.3 Beschreibung 120
3.9.3.1 Rahmenfilterpressen 122
3.9.3.2 Kammerfilterpressen 123
3.9.3.3 Membranfilterpressen 124
3.9.4 Bauteile 126
3.9.5 Zusammenfassung 128
3.10 Filterzentrifugen 130
3.10.1 Diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen 130
3.10.1.1 Vertikalzentrifugen 130
3.10.1.2 Hängependelzentrifugen 134
3.10.1.3 Horizontalschälzentrifugen 134
3.10.1.4 Horizontalschälzentrifugen für den Einsatz in der pharmazeutischen
Industrie und der Feinchemie 135
3.10.1.5 Stülpfilterzentrifugen 136
3.10.1.6 Schubbeutelzentrifugen 137
3.10.2 Grundschicht in diskontinuierlichen Filterzentrifugen 138
3.10.2.1 Einleitung 138
3.10.2.2 Grundschicht 138
3.10.2.3 Methoden der Grundschichtvermeidung 140
3.10.2.4 Verfahren zur Grundschichtentfernung 142
3.10.2.5 Verfahren zur Grundschichtregenerierung 145
3.10.2.6 Zusammenfassung 147
3.10.3 Kontinuierliche Filterzentrifugen 148
3.10.3. Einleitung 148
3.10.3. Gleitzentrifugen 148
3.10.3. Prallringzentrifugen 149
3.10.3. S chubzentrifugen 150
3.10.3. Schwingzentrifugen 150
3.10.3. Siebschneckenzentrifugen 150
3.10.3. Taumelzentrifugen 151
3.10.3.2 Schubzentrifuge 153
3.10.3.2.1 Einleitung 153
3.10.3.2.2 Aufbau 154
3.10.3.2.3 Arbeitsweise 158
3.10.3.2.4 Zusatzeinrichtungen 162
3.10.3.2.5 Projektierung 164
3.10.3.2.6 Anwendungsgebiete 169
3.10.3.2.7 Anwendervorteile 171
3.10.4 Druck-/Zentrifugalfiltration 172
3.10.4.1 Einleitung 172
3.10.4.2 Physikalische Grundlagen 172
3.10.4.3 Aufbau der Zentrifugen 176
3.10.4.4 Arbeitsweise 178
3.10.4.5 Anwendungsgebiete 179
Inhalt XI
3.10.4.6 Zusammenfassung 180
3.11 Hyperbarfilter 182
3.11.1 Einführung 182
3.11.2 Anlagenkonzept und Bauelemente 182
3.11.2.1 Anlagenkonzept 182
3.11.2.2 Suspensionsförderung 182
3.11.2.3 Druckbehälter 183
3.11.2.4 Ausführung als Hyperbarfilter 183
3.11.2.5 Feststofförderung 184
3.11.2.6 Automatisierung 185
3.11.3 Wirtschaftliche Aspekte 185
3.12 Kerzenfilter 186
3.12.1 Kurzbeschreibung 186
3.12.2 Bauarten 187
3.12.3 Einsatzbereiche 188
3.12.4 Funktion der Filterkerzen 190
3.12.5 Kerzenarten 190
3.12.6 Einbaumethoden der Filterkerzen 193
3.12.7 Auswahlkriterien für Filterkerzen 194
3.12.8 Auslegung von Kerzenfilter-Systemen 195
3.12.9 Betriebskosten 197
3.12.10 Auswahl Kerzen- oder Beutelfilter 198
3.12.11 Inbetriebnahme, Betriebshinweise und
Filterkerzenwechsel 199
3.13 Magnetabscheider 201
3.13.1 Beschreibung und Funktion 201
3.13.2 Einsatzbereiche und Anwendung 202
3.13.3 Hohes Reinigungsvermögen 203
3.13.4 Geringe Betriebskosten 203
3.14 Membranfiltration 204
3.14.1 Einleitung 204
3.14.2 Verfahren 204
3.14.2. l Dead-end-Membranfiltration 205
3.14.2.2 Crossflow-Filtration 208
3.14.3 Grundlegende Begriffsbestimmungen 211
3.14.4 Diafiltration 212
3.14.5 Kombinierte statische und dynamische Filtration 212
3.14.6 Mikrofiltration 213
3.14.7 Ultrafiltration 216
3.14.8 Anlagenplanung 218
3.14.9 CIP-Reinigung 219
3.15 Preßfilterautomat 220
3.15.1 Beschreibung und Funktionsweise 220
3.15.2 Arbeitszyklus 221
XII Inhalt
3.15.3 Einsatzgebiete 223
3.15.4 Leistungsmerkmale und -werte 223
3.15.5 Layout der Installation 224
3.15.6 Praxisbeispiel 224
3.16 Rückspül- und blasbare Druckfilter 226
3.16.1 Einleitung 226
3.16.2 Vorteile 226
3.16.3 Einsatzbereiche 227
3.16.4 Aufbau des Filters 228
3.16.5 Filterbehälter 228
3.16.6 Filterelemente 228
3.16.7 Filtermedien 229
3.16.8 Funktion 230
3.16.8.1 Nasser Kuchenaustrag 230
3.16.8.2 Trockener Kuchenaustrag 230
3.16.8.3 Restvolumenfiltration 231
3.16.8.4 Kuchenwäsche 231
3.16.8.5 Eindicken 232
3.17 Rührdrucknutschen 233
3.17.1 Einleitung 233
3.17.2 Rührdrucknutschen 233
3.17.2.1 Historie 233
3.17.2.2 Aufbau und Funktion 234
3.17.2.3 Verfahrensziele 235
3.17.2.4 Verfahrensschritte 236
3.17.2.5 Einsatzgebiete 240
3.17.3 Filtertrockner 240
3.17.3.1 Historie 240
3.17.3.2 Aufbau und Funktion 242
3.17.3.3 Verfahrensziele 242
3.17.3.4 Verfahrensschritte 243
3.17.3.5 Einsatzgebiete 244
3.17.3.6 Dimensionierung und Werkstoffe 245
3.17.4 Zusammenfassung 245
3.18 Scheibenfilter 247
3.18.1 Einsatzbereiche 247
3.18.2 Funktionsbeschreibung 248
3.19 Scheibendruckfilter 253
3.19.1 Einleitung 253
3.19.2 Dynamische Filtration 254
3.19.3 Einsatzbereiche 254
3.19.4 Funktionsweise 255
3.19.5 Filtrations versuche 256
3.19.6 Zielsetzungen bei der Entwicklung des Scheibendruckfilters 256