Mikrofiltration mit Membranen

Transkript

1 Siegfried Ripperger Mikrofiltration mit Membranen Grundlagen, Verfahren, Anwendungen VCH Weinheim New York Basel Cambridge

2 Inhalt 1 Einführung in die Mikrofiltration mit Membranen Stellung der Mikrofiltration unter den Membran- und Filtrationsverfahren Die wichtigsten Verfahren zur Mikrofiltration Daten zur historischen Entwicklung der Mikrofiltration Technische und wirtschaftliche Bedeutung der Mikrofiltration Membranen zur Mikrofiltration Allgemeine Beschreibung und Einteilung Polymermembranen und ihre Herstellung Membranherstellung durch Phaseninversion Membranherstellung durch Verstrecken von Polymerfolien Das Kernspurverfahren (track etching) Sonstige Verfahren zur Herstellung von Polymermembranen Hersteller und Anbieter von Polymermembranen Membranen aus anorganischen Materialien Charakterisierung mikroporöser Membranen Überblick über die zu charakterisierenden Eigenschaften Geometrische Größen Die Porenstruktur 38 Die Porosität 39 Abbildende Methoden zur Beurteilung der Porenstruktur Die Permeabilität 42 Berechnung eines mittleren Porendurchmessers 43 Permeabilität von Kapillarmembranen 45

3 VIII Inhalt Die Trenngrenze 49 Trenngrenzenbestimmung mit Testorganismen 50 Trenngrenzenbestimmung mit Polystyrol-Suspensionen Filtrationsversuche mit anderen Suspensionen Oberflächeneigenschaften 54 Benetzbarkeit 54 Benetzung hydrophober Membranen mit Wasser 59 Das Adsorptionsvermögen Blaspunktdruck und maximale Porengröße Die Porengrößenverteilung 66 Die Flow-Pore-Methode 67 Die Quecksilberporosimetrie Die Schmutzaufnahmekapazität Mechanische Membraneigenschaften Die Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit 75 3 Die Dead-End-Mikrofiltration Apparative Ausführungsformen 89 Scheibenfilter 90 Capsule^Filter 91 Filterkerzen mit den zugehörigen Gehäusen 92 Plattenfilter im Verbund mit Filterschichten Validierung von Membranfiltern Entwicklung der Validierungspraxis Integritätstestverfahren Der Blaspunkttest Die Diffusionsstrom-Testverfahren Nachweise zu einem unbedenklichen Einsatz von Membranen.. Extrahierbare Bestandteile Abgabe oxidierbarer Bestandteile Beeinflussung der Leitfähigkeit des Filtrats Partikelabgabe Qualitätssicherung bei der Produktion von Filterkerzen und Membranmodulen 3.3 Physikalische Überlegungen zur Dead-End-Filtration Gas- und Flüssigkeitsdurchsatz ohne Berücksichtigung einer Filtration Gas- und Flüssigkeitsdurchsatz bei Filtration

4 Inhalt IX 4. Die Crossflow-Mikrofiltration Apparative Ausführung und wichtige Betriebsparameter Membranmodule zur Crossflow-Mikrofiltration Überblick über die einzelnen Bauarten Der Druckabfall der Konzentratströmung in Membranmodulen Betriebsweisen von Crossflow-Mikrofiltrationsanlagen Die diskontinuierlichen Betriebsweisen Die kontinuierlichen Betriebsweisen Beispiel zum Vergleich der verschiedenen Betriebsweisen Die kontinuierliche Einstrang-Betriebsweise Die Diafiltration 144 Die absatzweise Diafiltration 144 Diafiltration mit kontinuierlicher Lösemittelzufuhr 144 Kontinuierliche Diafiltration Physikalische Überlegungen zur Crossflow-Mikrofiltration Physikalische Modelle Berechnungsansätze zur stationären Crossflow-Filtration Diffusionsmodell ry'. 147 Pinch-Modell. ^./". 151 Ablagerungsmodelle 152 Deckschichtmodelle Erweitertes. Rechenmodell zur stationären Crossflow- Mikrofiltration 155 Ableitung der Modellgleichungen 155 Bestimmung des Reibungswertes X 158 Abschätzung des spezifischen Deckschichtwiderstandes r D Abhängigkeit der Viskosität des Konzentrats von der Viskosität des Konzentrats Deckschichtwiderstände bei verschiedenen Anwendungen der Crossflow-Mikrofiltration Fouling von Membrananlagen zur Crossflow-Mikrofiltration Die Bedeutung experimenteller Untersuchung Die Crossflow-Mikrofiltration mit periodischer Rückspülung Die Mikrofiltration mit dynamisch geformten Membranen Die kombinierte statische und dynamische Mikrofiltration

5 X Inhalt 5 Sonstige Verfahren zur dynamischen Mikrofiltration Rührzellen Rotierende Zylinder und Scheiben in Behältern Scherspaltfilter mit axialem Spalt Scherspaltfilter mit radialem Spalt Zyklonmodule Wirbelschichtapparate mit Membranen Crossflow-Filtration mit überlagertem elektrischen Feld Mikrofiltration mit Ultraschall A n w e n d u n g s g e b i e t e der Mikrofiltration Anwendungen in der Mikrobiologie, Labor- und Analysentechnik Die Entkeimungsfiltration in der Pharmazie, Biotechnologie und Lebensmitteltechnik Die Entkeimungsfiltration von Flüssigkeiten Die Entkeimungsfiltration von Gasen Die Gefahr des Durchwachsens von Mikroorganismen durch Membranen Die Pyrogenabtrennung Einsatz der Mikrofiltration in der Biotechnologie Übersicht über mögliche Einsatzgebiete Untersuchungsergebnisse und Anwendungsbeispiele Anwendungen der Mikrofiltration in der Nahrungs- und Genußmittelindustrie Die Klarfiltration von Essig Die Mikrofiltration zur Klärung und Stabilisierung von Wein Die Mikrofiltration von Bier Die Mikrofiltration zur Molkenaufarbeitung Die Filtration von Reinigungslösungen Sonstige Anwendungen in der Lebensmitteltechnik 228

6 Inhalt XI 6.5 Anwendungen der Mikrofiltration in der chemischen Industrie Rückführung von partikelförmigen Katalysatoren bei chemischen Reaktionen in Flüssigkeiten Anwendungen in der Produktions- und Umwelttechnik Wasser- und Compoundrecycling beim Gleitschleifen Recycling von Schleifereiwasser bei der Glasverarbeitung Aufarbeitung von ölhaltigem Waschwasser Abtrennung von gefällten Metallverbindungen aus Abwasserströmen Anwendungen der Mikrofiltration zur Wasseraufbereitung Einsatz der Mikrofiltration in der Elektronikindustrie Bereitung von Reinstwasser Sonstige Anwendungen in der Elektronikindustrie Anwendungen der Mikrofiltration in der Medizin Anwendung von mikroporösen Membranen in konventionellen Filtrationsapparaten Die Reinigung, Desinfektion und Sterilisation von Membrananlagen Hinweise zur Reinigung von Membrananlagen Die CIP-Reinigung Die Art der verarbeiteten Produkte und Verunreinigungen Die konstruktive Gestaltung der Apparateteile und Güte der Oberflächen Die Strömungsmechanik während der Reinigung Die Art und Konzentration der verwendeten Reinigungschemikalien Die Temperatur während der Reinigung Die Reinigungszeit Die Kombination der einzelnen Reinigungsschritte Desinfektions- und Sterilisationsmethoden 259

7 XII Inhalt 8 Hinweise zur Projektierung und Optimierung von Mikrofiltrationsanlagen Die Verfahrensauswahl Projektbearbeitung zur Mikrofiltration Betriebswirtschaftliche Betrachtungen 272 Liste der Symbole 279 Sachregister 283