Das Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung der Methodik zur Auswahl von Technologien der Fest-Flüssig-Trennung. Um dies zu gewährleisten, wird erst die Fest-Flüssig-Trennung vorgestellt. Anschließend werden verschiedene Trennverfahren der Fest-Flüssig-Trennung vorgestellt, wobei der Fokus dieser Arbeit auf der Filtration und Sedimentation liegt. Zudem werden die beiden diskontinuierlichen Apparate der Filterpresse und der Röhrenzentrifuge, welche in dieser Arbeit genutzt werden, vorgestellt. Danach erfolgt die Vorstellung der Matching-Matrix mit den technischen und bewertenden Kriterien. In dieser Arbeit wird die Fest-Flüssig-Matching-Matrix von Schindel et al. mit den technischen Kriterien von Bahadur übernommen. Zuletzt wird das bewertende Kriterium der Flexibilität vorgestellt und abschließend wird die Matching-Matrix, in Bezug auf die Filterpresse und der Röhrenzentrifuge, mit den Kriterien ausgewertet.
Die Fest-Flüssig-Trennung ist in der Industrie eine der meist genutzten Trenntechniken. Besonders bei der Herstellung von Pharmazeutika und feinchemischen Produkten wird Sie als Grundoperation genutzt. Sie findet aber auch Anwendung in Bereichen wie die Mineral-, Erz- und Abwasseraufbereitung.
Da sich die Marktanforderungen jedoch mit der Zeit ändern, haben die Produkte immer kürzere Lebenszyklen und zudem wird erwartet, dass die Prozesse immer effizienter und flexibler sein müssen. Die Fest-Flüssig-Trennung in der Feinchemie-Branche und in der Pharmaindustrie erfolgt zur Zeit am häufigsten im Batch-Betrieb, wo die Flüssigkeit und der Feststoff manuell aus der Apparatur entnommen werden müssen.
Um den aktuellen Marktanforderungen und den Prozessbedingungen gerecht werden zu können, kann durch den Abgleich mit den Technologieeigenschaften eine systematische Auswahl von diskontinuierlichen Fest-Flüssig-Technologien erreicht werden. Dies kann ermöglicht werden, wenn eine Matching-Matrix mit technischen und bewertenden Kriterien für eine schnelle Auswahl identifiziert und die Technologien einheitlich charakterisiert werden.
Dementsprechend muss eine schnelle Auswahl von Technologien ermöglicht werden, damit geeignete Technologien gewählt werden können. Das aktuelle Problem in diesem Bereich ist jedoch, dass bisher nur kontinuierliche Technologien ausgewählt werden können und nicht die momentan häufiger eingesetzten Batch-Technologien. Außerdem ist bisher nur ein Ausschluss über technische Kriterien und nicht über bewertende Kriterien möglich.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Die Fest-Flüssig-Trennung
2.1 Einführung in die Fest-Flüssig-Trennung
2.2 Dichtetrennverfahren
2.3 Filtration
3 Technologien der Fest-Flüssig-Trennung
3.1 Filterpresse
3.2 Röhrenzentrifuge
4 Matching-Matrix
4.1 Definition und Arbeitsweise der Matrix
4.2 Technische Kriterien
4.3 Bewertende Kriterien
5 Flexibilität
5.1 Kapazitätsflexibilität
5.2 Produktflexibilität
5.3 Prozessflexibilität
5.4 Standortflexibilität
6 Auswertung
6.1 Matching-Matrix
6.2 Filterpresse
6.3 Röhrenzentrifuge
7 Fazit und Ausblick
8 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel der Arbeit ist die Erweiterung einer Methodik zur systematischen Auswahl und Bewertung von Technologien in der Fest-Flüssig-Trennung, mit besonderem Fokus auf diskontinuierliche Batch-Verfahren in der Feinchemie- und Pharmaindustrie. Basierend auf einer bestehenden Matching-Matrix sollen durch Abgleich technischer und bewertender Kriterien geeignete Apparate identifiziert und in ihrer Flexibilität bewertet werden.
- Systematische Analyse von Trenntechnologien unter Einbeziehung technischer Kriterien.
- Fokussierung auf Batch-Betriebe (Filterpresse und Röhrenzentrifuge).
- Einführung des bewertenden Kriteriums der Flexibilität zur Prozessanpassung.
- Entwicklung einer Matching-Matrix zur effizienten Technologieentscheidung.
- Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Prozessoptimierungen und Skalierungen.
Auszug aus dem Buch
3.1 Filterpresse
Die Filterpresse ist, wie auch die anderen aufgezählten Apparate, ein diskontinuierlich arbeitender Apparat. Sie ist in mehreren Ausführungen verfügbar wie z.B. die Membranfilterpresse, Rahmenfilterpresse oder die Kammerfilterpresse. In der folgenden Abbildung 9 ist die schematische Darstellung der Kammerfilterpresse abgebildet.
Wie zu sehen ist besteht die Filterpresse aus einem Kopfstück, aus Filterplatten, aus einem Filterkuchenraum und einem Endstück. Auf der linken Seite der Abbildung 9 wird dargestellt, dass mehrere Filterkuchenräume und Filterplatten vorhanden sind. Die Filterkuchenräume befinden sich immer zwischen zwei Filterplatten, welche meistens quadratisch sind, wie es auf der rechten Seite der Abbildung 9 dargestellt ist. Die aneinanderreihenden, mit Filtertüchern überzogenen Filterplatten bilden damit das komplette Filterpaket, welches vom Kopf- und Endstück geschlossen wird. Es ist in der Abbildung 9 außerdem zu sehen, dass das Kopfstück alle Anschlüsse besitzt, denn das mit dem Rahmen verbundene Kopfstück hat die Rohleitungen für die eingehenden Suspensionen und die Rohrleitungen zum Ausfließen des Filtrats. Auf das Filterpaket wird dadurch auch der Schließdruck vom Endstück übertragen, welcher auch am Rahmen verbunden ist. Die Suspension wird mittig zugeführt und das Filtrat wird unten am Kanal abgeführt. [4]
Die nun folgende Abbildung 10 zeigt die Filterpresse in der Filtrationsphase und während der Entleerung. Das komplette Filterpaket befindet sich in einem hydraulischen, schweren Gestell und wird dadurch zusammengepresst.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Bedeutung der Fest-Flüssig-Trennung in der Industrie und definiert das Ziel, eine Matching-Matrix zur Auswahl diskontinuierlicher Technologien zu erweitern.
2 Die Fest-Flüssig-Trennung: Erläutert die Grundlagen der Suspensionstrennung sowie die verschiedenen mechanischen Trennverfahren, mit speziellem Fokus auf Filtration und Sedimentation.
3 Technologien der Fest-Flüssig-Trennung: Stellt verschiedene Batch-Apparate vor und analysiert detailliert die Funktionsweise der Filterpresse und der Röhrenzentrifuge.
4 Matching-Matrix: Führt die methodische Basis ein, bestehend aus Zugriffsteil, Technologieteil und Bewertungsteil, und definiert die relevanten technischen sowie bewertenden Kriterien.
5 Flexibilität: Untersucht das Kriterium der Flexibilität in der Trenntechnik anhand von vier Typen und definiert Schlüsselfaktoren für deren Bewertung.
6 Auswertung: Wendet die entwickelte Methodik auf die Filterpresse und Röhrenzentrifuge an und diskutiert die Ergebnisse anhand der Matching-Matrix.
7 Fazit und Ausblick: Fasst die Erfolge der Arbeit zusammen und gibt Empfehlungen zur weiteren Erweiterung der Matrix durch neue Technologien und Kriterien.
Schlüsselwörter
Fest-Flüssig-Trennung, Filterpresse, Röhrenzentrifuge, Batch-Betrieb, Matching-Matrix, Flexibilität, Filtration, Sedimentation, Prozessparameter, Reinigbarkeit, Feststoffgewinnung, Technologieauswahl, Feinchemie, Pharmaindustrie, Verfahrenstechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Auswahl und Bewertung von Technologien für die Fest-Flüssig-Trennung, speziell für diskontinuierliche Prozesse wie sie in der Feinchemie und Pharmaindustrie üblich sind.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind die verfahrenstechnischen Grundlagen der Filtration und Sedimentation, der Aufbau von Entscheidungshilfen für Anlagenplaner (Matching-Matrix) sowie die Bewertung technischer Apparate hinsichtlich ihrer betrieblichen Flexibilität.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Erweiterung einer bestehenden Methodik zur Auswahl von Trenntechnologien, um über technische Kriterien hinaus auch bewertende Gesichtspunkte wie die Flexibilität des Systems bei Produkt- oder Kapazitätsänderungen zu erfassen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine methodische Vorgehensweise gewählt, bei der mittels einer in Excel entworfenen Matching-Matrix ein systematisches Ausschließverfahren angewendet wird, um die Eignung verschiedener Apparate für spezifische Suspensionseigenschaften und Prozessparameter zu prüfen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst eine theoretische Einführung in die Trennverfahren, die detaillierte Vorstellung der Apparate Filterpresse und Röhrenzentrifuge, die Definition der Kriterien für die Matrix sowie die praktische Anwendung dieser Kriterien zur Bewertung der beiden Apparate.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Fest-Flüssig-Trennung, Batch-Betrieb, Matching-Matrix, Flexibilität, Prozessoptimierung und Apparatebewertung charakterisieren.
Warum wird speziell die Filterpresse detailliert betrachtet?
Die Filterpresse wird analysiert, da sie ein häufig genutzter Apparat im Batch-Betrieb ist, der als robust und vielseitig gilt, jedoch spezifische Anforderungen an die Kuchenbildung und das Entfeuchten stellt, die innerhalb der Matching-Matrix bewertet werden können.
Was macht die Röhrenzentrifuge für die Fest-Flüssig-Trennung so besonders?
Die Röhrenzentrifuge ermöglicht dank hoher Zentrifugalbeschleunigungen die Trennung feinster Partikel, erfordert jedoch eine geringe Feststoffkonzentration und einen manuellen Sedimentaustrag, was sie auf bestimmte Anwendungsbereiche einschränkt.
Wie unterscheidet sich die Flexibilitätsbewertung von anderen Kriterien?
Im Gegensatz zu den binären oder intervallbasierten technischen Kriterien werden die Flexibilitätsaspekte über ein Punktesystem (0 bis 5 Punkte) bewertet, das auf spezifischen Schlüsselfaktoren wie Reinigbarkeit oder Erweiterbarkeit basiert.
- Arbeit zitieren
- Bünyamin Argac (Autor:in), 2021, Die Fest-Flüssig-Trennung. Methodik zur Auswahl und Bewertung von Technologien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1460084
