Kuchenfiltration. Daniel Utech

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1 Daniel Utech 1. Zielsetzung Ziel des Praktikumsbeispiels ist die Veranschaulichung des Einflusses der Kuchenparameter auf die Filtrierbarkeit eines Systems. Der Einfluß der Dicke des Filterkuchens auf die Filtrationsleistung soll durch längeren Betrieb der Filterpresse bei konstantem Druck veranschaulicht werden. 2. Voraussetzungen zur Übungsdurchführung Voraussetzung für die Übungsdurchführung ist die positive Absolvierung der Vorbesprechung zum Beispiel. Diese hat spätestens einen Tag vor der geplanten Durchführung zu erfolgen, ausgenommen eine Gruppe die die als erstes Praktikumsbeispiel erledigt. Der Stoff für diese Vorbesprechung setzt sich aus den relevanten Abschnitten folgender Literatur zusammen: Skript Verfahrenstechnik I, Institut für Verfahrenstechnik, JKU Zogg, M Einführung in die mechanische Verfahrenstechnik, 3.Auflage. B.G. Teubner Stuttgart. Alt, C Filtration. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage. VCH Weinheim. 3. Praktische Durchführung Die praktische Durchführung gliedert sich in zwei Teilversuche, einerseits den Versuch im Labormaßstab und andererseits den Technikumsversuch. Erst nach Durchführung der Laborversuche kann mit dem Technikumsversuch begonnen werden (nach Rücksprache mit dem Betreuer) Laborversuche Im Labormaßstab sind zu bestimmen: der Filtermittelwiderstand der Filtrationswiderstand die Porosität des Kuchens Institut für Verfahrenstechnik 1

2 Zur Verfügung stehen dafür: 800 ml einer CaCO 3 Suspension (herzustellen, Feststoffgehalt 5%) eine mit dem Filtermittel bespannte Nutsche eine Vakuumpumpe mit Vakuumcontroller eine Analysenwaage eine Mikrowelle eine Stoppuhr 3.2. Technikumsmaßstab Im Technikumsmaßstab sind zu errechnen/bestimmen: Feststoffgehalt der Suspension zu Beginn notwendige Anzahl Filterkammern theoretische Filtrationszeit Filtratvolumen, Filtratvolumenstrom Wasch- und Rüstzeiten (maximal erreichbarer mittlerer Filtratvolumenstrom) Leitfähigkeit der Suspension Grundleitfähigkeit des Wassers Feststoffgehalt des Filtrates über die Zeit Leitfähigkeit über die Zeit (Kuchenwäsche) Zur Verfügung stehen dafür: Mikrowelle eine mit dem Filtermittel ausgerüstete Kuchenfilterpresse (Abb. 1) Stoppuhr Leitfähigkeitsmessgerät Rüstwerkzeug Mess-Gefäße Institut für Verfahrenstechnik 2

3 Abb. 1 - Filterpresse Institut für Verfahrenstechnik 3

4 3.3. Durchführung der Versuche / Bedienung der Filterpresse Der Laborversuch ist selbstständig von jeder Gruppe durchzuführen. Die Bedienung der Kammerfilterpresse wird gemeinsam mit dem Betreuer besprochen. Die mit Filtertüchern bespannten Filterplatten müssen gesäubert, in der richtigen Reihenfolge eingesetzt und an den Dichtflächen faltenlos aneinander anliegend sein. Mit der Kolbenhandpumpe werden diese nun aneinander gepresst (Druckentlastungsventil schließen, pumpen bis 600 bar erreicht sind, Zylindermutter zur mechanischen Verriegelung leicht an den Zylinder anlegen). Durch Öffnen des Kugelhahnes wird der Vorlagebehälter 2/3 gefüllt und anschließend verschlossen. Nun kann die Pumpe eingeschaltet werden (zwangsfördernde Pumpe!). Durch die Druckregelung läuft diese bis ein eingestellter Höchstdruck erreicht ist, und schaltet dann ab - wird die eingestellte untere Druckgrenze erreicht, schaltet die Pumpe automatisch wieder ein. Für die anschließende Kuchenwäsche wird der Vorlagebehälter entleert und mit Frischwasser gefüllt. Der Verlauf der Kuchenwäsche ist mittels Leitfähigkeitsmessungen zu dokumentieren - bei Erreichen des Wasserwerts +10 µs/cm kann die Wäsche eingestellt werden. 4. Auswertung und Protokoll Daten für die Auswertung: Dichte Calciumcarbonat: 1,3 kg/l Filterfläche pro Filterplatte der Filterpresse: 0,33 m 2 Maximale Kuchendicke: 3 cm Feststoffanteil des Kuchens: ~ 40% Dynamische Viskosität von Wasser bei 20 C: 0,001 kg/ms Das anzufertigende Protokoll sollte folgende oder eine ähnliche Gliederung enthalten: 1. Aufgabenstellung 2. Theoretische Grundlagen / Berechnungen 3. Experimentelle Durchführung 4. Darstellung der Ergebnisse 5. Diskussion der Ergebnisse / Zusammenfassung 6. Anhang (Messwerte / ermittelte Daten) Institut für Verfahrenstechnik 4

5 Zusätzlich zu sämtlichen ermittelten/errechneten Ergebnissen sind im Protokoll folgende Berechnungen anzuführen: maximale Filtrationszeit für die gegebene max. Kuchendicke in dieser Zeit produzierbares Filtratvolumen Die ermittelten Daten sollen mit Hilfe von Diagrammen anschaulich dargestellt werden. Des Weiteren soll ein Vergleich der Daten aus dem Laborversuch mit den auf der Technikumsanlage gemessenen Daten erfolgen. In der Diskussion der Ergebnisse sollen zusätzlich folgende Fragen beantwortet werden: Ist die Ausnutzung der maximalen Kuchendicke sinnvoll oder könnte bei einem früheren Abbruch der Filtration ein höherer mittlerer Filtratvolumenstrom erzeugt werden? Welche Voraussetzungen muss ein Stoffsystem erfüllen um überhaupt für eine geeignet zu sein? Welche Bedingungen müssen darüber hinaus vorherrschen damit die Theorie zum Filtrationswiderstand anwendbar ist? Wie kann auf die Kuchenparameter Einfluß genommen werden? Warum ist eine bei konstantem Filtratfluss unter Umständen problematisch? In welchen praxisrelevanten Systemen wird Stofftrennung mittels durchgeführt? Wie wird CaCO 3 technisch aus einer Suspension abgetrennt? Das Protokoll ist innerhalb einer Woche per als pdf-file mit dem Dateinamen GrXX_KF_SS15.pdf bei mir (daniel.utech@jku.at) abzugeben. Es kann eine Woche nach Abgabe bei mir abgeholt werden oder es wird zugeschickt. Die verbesserte Version wird mir dann bitte ausgedruckt in mein Fach gelegt (spätestens drei Wochen nach Durchführung des Beispiels). Institut für Verfahrenstechnik 5