Investigation on the influence of surface interactions on formation, compression, washing and dewatering of highly disperse filter cakes

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Die Trennung von Suspensionen feinster Partikeln auf filtrierenden Apparaten bei hohen Anforderungen an die stoffliche Reinheit des Produktes ist - wie die dynamische Entwicklung der Nanotechnologie unterstreicht - ein aktuelles Problem von großer wirtschaftlicher Bedeutung. In vielen Fällen kann diese Aufgabe weder theoretisch noch praktisch befriedigend gelöst werden. Feinstpartikuläre Fest-Flüssig-Systeme bilden nahezu undurchlässige, hochkompressible Filterkuchen, deren Struktur stark von interpartikulären Wechselwirkungskräften beeinflußt wird. Bei Primärpartikeln im nano-skaligen Bereich sind diese Effekte besonders ausgeprägt. Während der Waschung verändern sich diese Wechselwirkungen und damit die Kuchenstruktur, was sich auch auf nachfolgende Prozeßschritte auswirkt. Zur Zeit gibt es keine zuverlässige Methode für Konzeption und Betrieb von Apparaten zur Kuchenfiltration, Pressung, Waschung und Gasdifferenzdruckentfeuchtung (GDE), welche eine für diese Stoffsysteme notwendige integrale Betrachtungsweise anwendet. An dieser Stelle soll das beantragte Forschungsvorhaben ansetzen: Der Filtrationsprozeß soll als Gesamtheit betrachtet werden. Dazu sollen die Filtrationsabschnitte separat und in Kombinationen experimentell untersucht werden. Der Einfluß der physiko-chemischen Bedingungen auf die Struktur von Filterkuchen und auf ihr Verhalten in allen Prozeßschritten soll durch geeignete Materialgesetze beschrieben und in ein Modell eingegliedert werden, das neben der Bildung, Pressung und GDE feinstpartikulärer, kompressibler Kuchen auch die Dynamik der Strukturänderungen während der Waschung erfaßt. Diese geschlossene Modellierung soll schließlich in ein Computerprogramm zur integralen Simulation des Filtrationsprozesses implementiert werden.