Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Simulationsgestützte Untersuchung und Validierung der realen mehrstufigen Filterkuchenwäsche

Die Anwendung der kuchenbildenden Filtration erstreckt sich über eine Vielzahl von Industriezweigen und Produktionsmengen. Ein zentrales Verfahrensziel ist dabei die Entfernung von in der Mutterflüssigkeit gelösten Bestandteilen, die durch Gasdifferenzdruckentfeuchtung jedoch meist nicht ausreichend entfernt werden kann. Daher wird der Filterkuchen mit einer Waschflüssigkeit durchströmt (FK-Wäsche), die die gelösten Bestandteile weitgehend aus dem Filterkuchen verdrängt. Die Waschung wird oft mehrstufig und im Kreuzgegenstrom durchgeführt, um die Waschflüssigkeits- und anfallende Filtratmenge zu reduzieren und gleichzeitig die Filtratkonzentration zu erhöhen.

Untersuchungen der Einflüsse von Vor- und Zwischenentfeuchtungen auf die FK-Wäsche, werden im IGF-Forschungsprojekt 19169-N anhand diskontinuierlicher Versuche mit einer Laborfilternutsche durchgeführt. Auf Basis dieser Versuche wird ein versuchsgestütztes Modell entwickelt, das eine Simulation einer mehrstufigen FK-Wäsche ermöglicht. Eine Validierung der Simulation anhand der bisherigen Laborversuche ist erfolgreich.

Hier setzt das beantragte Vorhaben lückenlos an: Es besteht der Bedarf einer zuverlässigen Beschreibung für komplexere, realitätsnahe Fälle – inkl. der Entwicklung von short-cut- Methoden und der Erarbeitung von Grenzen der exp. und modellhaften Beschreibung unter gegebenen Randbedingungen.

Das Forschungsziel soll mit einer Kombination aus Laborversuchen und Versuchen mit mehrstufigen, maßstabsvergrößerten Pilotfiltern mit der Möglichkeit der realitätsnahen Vor- und Zwischenentfeuchtung auf der experimentellen Seite erreicht werden. Parallel dazu soll eine Weiterentwicklung der Modellbildung und der darauf aufbauenden Simulation erreicht werden, die mit den exp. Ergebnissen validiert werden soll. Von großer Bedeutung ist ebenfalls die Produktauswahl.

Die Wettbewerbsfähigkeit von KMUs auf Hersteller-, Zulieferer- und Anwenderseite wird durch die Ergebnisse des Forschungsvorhabens gesteigert, da Auslegung und Betrieb derartiger Verfahren schneller, sicherer und kostenoptimierter durchgeführt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens ist die Überprüfung der simulationsgestützten Übertragbarkeit von einstufigen Waschversuchen (Labornutsche) auf einen kontinuierlichen mehrstufigen Waschprozess im Gegenstrom in einem größeren Maßstab. Dazu werden neben diskontinuierlichen Laborversuchen zwei kontinuierliche betriebene Taktbandfilter eingesetzt und untersucht.

In einstufigen Wasch- und Entfeuchtungsversuchen werden für zwei Versuchsprodukte Prozessparameter zur Übertragung auf die Labortaktbandfilter ermittelt. Trotz umfangreicher Betriebsverbesserungen können die Bedingungen (homogener Kuchen, Waschwasseraufgabe, Vermeidung Querdrainage) zwar dem Laborbetrieb angenähert aber nicht vollständig abgedeckt werden.

Eine Übertragung der einstufigen Nutschenversuche auf den mehrstufigen Taktbandfilter sind daher nicht in jedem Waschbereich einer Waschkurve möglich. Verwendet man jedoch einstufige Versuche des Taktbandfilters und simuliert damit den mehrstufigen Fall, so werden sehr gute Übereinstimmungen erzielt. Das Waschergebnis wird durch eine Vor- bzw. Zwischenentfeuchtung während einer mehrstufigen Filterkuchenwäsche im Gegenstrom auf dem Labortaktbandfilter nicht negativ beeinflusst und bestätigt damit die Ergebnisse des Vorgängerprojekts nun auch in größeren Maßstäben.

Untersuchungen mit einem mineralischen Referenzprodukt im Pilotmaßstab (mehrstufig, Gegenstrom), wurden mit einstufigen Labornutschenversuchen vorausberechnet und durch die Simulation gut abgebildet. Unter Anbetracht der Maßstabsvergrößerung und der realen Betriebsbedingungen zeigen die Ergebnisse, dass die Simulationsergebnisse sehr gut übertragen werden können. Grenzen liegen allerdings in den Realeffekten im größeren Maßstab, die wenig definiert sind und in ihren Auswirkungen genauer betrachtet werden sollten.