Abtrennung und Klassierung kolloidaler Partikel in Zentrifugen

{"ID":4010000,"post_title":"Abtrennung und Klassierung kolloidaler Partikel in Zentrifugen","title":"Abtrennung und Klassierung kolloidaler Partikel in Zentrifugen","post_content":"Die vorliegende Arbeit besch\u00e4ftigt sich mit den Grundlagen und der apparativen Umsetzung zur Klassierung feinster Partikel in Suspensionen. Bisher werden Partikel mit einer Gr\u00f6sse unter einem Mikrometer im Labormassstab mit Mikrokanalverfahren und Membranen nach ihrem Gr\u00f6ssenmerkmal fraktioniert. Im industriellen Massstab sind Filter Stand der Technik. W\u00e4hrend der Durchsatz in allen Mikrokanalverfahren f\u00fcr eine industrielle Anwendung zu gering und die Parallelisierung mit hohen Kosten und apparativem Aufwand verbunden ist, k\u00f6nnen in Filtern abgetrennte Partikel nicht vollst\u00e4ndig zur\u00fcck gewonnen werden. Daher wird der Fokus dieser Arbeit auf Zentrifugen liegen, denn hier lassen sich selbst Partikel bis zu wenigen Nanometern abtrennen, grosse Produktstr\u00f6me verarbeiten und alle Fraktionen vollst\u00e4ndig nutzen. Um die Klassierung kolloidaler Suspensionen in Zentrifugen zu beschreiben, wird ein theoretisches Modell erarbeitet. Es erm\u00f6glicht eine Prognose des Klassiererfolgs, der Prozessf\u00fchrung sowie eine Optimierung des Zentrifugendesigns unter Ber\u00fccksichtigung der Zentrifugengeometrie, der Betriebsparameter und der Eigenschaften der Suspension. Dies setzt die Kenntnis der Str\u00f6mungsbedingungen, der Sedimentationseigenschaften der Partikel sowie der Effektivit\u00e4t der Zentrifuge selbst voraus. Aufgrund des unzureichenden Kenntnisstandes, der aus der bisher ver\u00f6ffentlichten Literatur zur Sedimentation submikroner Partikeln in Zentrifugen folgt, sind zun\u00e4chst grundlegende Untersuchungen erforderlich. Um Partikel zu klassieren, m\u00fcssen sie als Einzelpartikel dispergiert werden und stabil in einer Suspension vorliegen. Die Konzentration der Partikel muss ausreichend gering sein, damit schneller sedimentierende Partikel nicht zu viele langsamer sinkende mitreissen k\u00f6nnen. Durch Messungen des Zeta-Potentials, der konzentrationsabh\u00e4ngigen Sinkgeschwindigkeit sowie der Partikelgr\u00f6ssenverteilungen des Zulaufes, des Fein- und des Grobguts konnten die notwendigen Kenngr\u00f6ssen zur Beschreibung der Sedimentation bestimmt werden. Zun\u00e4chst werden die Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse in einer R\u00f6hrenzentrifuge mit Laser-Doppler-Anemometrie in verschiedenen Anordnungen des Rotors gemessen. Dies erm\u00f6glicht die Beurteilung der tangentialen Beschleunigungseffizienz der verwendeten Einlassgeometrie sowie den Vergleich zwischen gemessenen und simulierten Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten, auch in axialer Richtung. Basierend auf den Messungen des Str\u00f6mungsprofils k\u00f6nnen die mit Computational Fluid Dynamics (CFD) durchgef\u00fchrten Simulationen validiert werden. Der Vergleich zeigt, dass f\u00fcr die tangentialen Geschwindigkeitsprofile und die Druckverteilung im Rotor eine gute \u00dcbereinstimmung zwischen Rechnung und Versuch erzielt wird. Allerdings sind Abweichungen im axialen Str\u00f6mungsbild zu verzeichnen, wodurch eine reine Simulation der Str\u00f6mungsbedingungen noch nicht m\u00f6glich ist. Die Beschreibung der Str\u00f6mungsvorg\u00e4nge ist auch durch die Messung der Verweilzeit mit Hilfe eines elektrolytischen Markierungsverfahrens und durch den Einbau von str\u00f6mungsbeeinflussenden Einbauten m\u00f6glich. Aus den verschiedenen Mess- und Simulationstechniken lassen sich die Str\u00f6mungsbedingungen f\u00fcr die unterschiedlichen Zentrifugentypen rekonstruieren. Bisher existiert kein Modell, das die Trennleistung einer Zentrifuge in Abh\u00e4ngigkeit des F\u00fcllgrades beschreibt. Dies ist in R\u00f6hrenzentrifugen jedoch eine entscheidende Vorraussetzung f\u00fcr die Prognose der Klassierung, da sich der Trenngrad \u00fcber den F\u00fcllstand signifikant \u00e4ndert und somit die Partikelgr\u00f6ssenverteilungen des Fein- und Grobgutes zeitlich nicht konstant sind. Um das Modell zu validieren, wird zun\u00e4chst der Sedimentaufbau mittels Fotografie und bildgebender Magnetresonanztomografie (MRT) f\u00fcr verschiedene Modellprodukte bestimmt. Der Vergleich zwischen Simulation und experimentellen Daten zeigt eine gute \u00dcbereinstimmung. Ausser dem Sedimentaufbau sollte f\u00fcr kompressible Produkte die druckabh\u00e4ngige Konsolidierung in der Berechnung ber\u00fccksichtigt werden. Die Genauigkeit des prognostizierten F\u00fcllgradverlaufes unter Einbeziehung der Haufwerksverdichtung wird anhand zweier Modellprodukte gezeigt. Mit dem entwickelten Modell kann die Klassierung beliebiger Produkte berechnet werden, wenn die Partikelgr\u00f6ssenverteilung bekannt ist. Durch die gelungene Modellierung und die experimentelle Umsetzung der Feinstpartikelfraktionierung ist bewiesen, dass sich kolloidale Partikel dispergieren und durch ein negatives Zeta-Potential stabilisieren lassen und sich w\u00e4hrend des Prozesses wie gr\u00f6bere Partikel verhalten. Besondere Annahmen um die Sedimentation submikroner Partikel zu beschreiben sind folglich nicht notwendig. Der letzte Teil der Arbeit besch\u00e4ftigt sich mit dem Ausblick, die Feinstpartikelfraktionierung in Hochleistungszentrifugen im Pilotmassstab umzusetzen. Hierzu werden neuartige Konzepte zur Lagerung, Rotorkonstruktion und Produktf\u00fchrung vorgestellt.","image":"https:\/\/images.thalia.media\/00\/-\/18976b8680bb47e8b5bc3da3be79c270\/abtrennung-und-klassierung-kolloidaler-partikel-in-zentrifugen-taschenbuch-lars-spelter.jpeg","url":"https:\/\/www.vergleiche.ch\/unterhaltung\/product\/abtrennung-und-klassierung-kolloidaler-partikel-in-zentrifugen\/","min_price":46.89999999999999857891452847979962825775146484375,"low_price_merchant_id":70254503,"deeplink":"https:\/\/www.awin1.com\/pclick.php?p=40992911332&a=401125&m=13971&pref1=9783954041787","ean":9783954041787,"brand":"undefined"}