Dünnschichtfiltration zur mechanischen Abtrennung fester kolloidaler Partikelsysteme aus einer Suspension

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Die mechanische Abtrennung fester kolloidaler Partikeln aus einer flüssigen Phase ist eine wichtige Operation in der Kolloidverfahrenstechnik. Häufig müssen die in einer flüssigen Phase hergestellten kolloidalen Partikel in eine trockene Form übergeführt und daher zuvor von einer fluiden Phase abgetrennt werden. Die hier betrachtete Kuchenfiltration wurde zur genaueren grundlagenorientierten Untersuchung in die Einzelschritte Filtration, Konsolidierung und Entfeuchtung unterteilt. Bei den derzeit im Rahmen des Vorhabens gemachten Untersuchungen zur kuchenbildenden Filtration kolloidaler Partikel sind funktionale Zusammenhänge der Porosität über der Haufwerkshöhe aufgetreten, die im Widerspruch zum bisher bekannten Verhalten feinster partikulärer Systeme zu stehen scheinen. Die Ergebnisse wurden durch Messung der Porositäten innerhalb des Filterkuchens mit Hilfe der bildgebenden Kernspintomographie erhalten. An einem theoretischen Modell und einer experimentellen Validierung anhand weiterer kolloidaler Partikelsystemen, die auch von anderen Gruppen im Rahmen des Schwerpunktprogrammes zur Verfügung gestellt werden, wird derzeit gearbeitet. Im Anschluss an die Kuchenbildung schließt sich die Konsolidierung an. Unter der Konsolidierung versteht man den Ausgleich von Porositätsgradienten innerhalb eines Filterkuchens um eine definierte Kuchenabnahme, Trocknung, aber auch Entfeuchtung unter Vermeidung einer Rissbildung zu erzielen. Für Partikelgrößen außerhalb des kolloidalen Bereichs ist der Vorgang weitgehend verstanden, hier soll nun untersucht werden, inwieweit sich die bekannten physikalischen Zusammenhänge auf kolloidale Partikelsysteme übertragen lassen. Es ist daran gedacht, durch eine Simulation der Partikelwechselwirkungen eine Vorstellung der sich bildenden Strukturen in den untersten, mit experimentellen Methoden nicht zugänglichen Haufwerksschichten zu erhalten. Die Simulation erfolgt mittels Diskreter Elemente Methoden (DEM), die eine Simulation mit relativ großen Partikelzahlen erlaubt.