Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozessführung und Auslegungsstrategie für die mehrstufige Filterkuchenwäsche auf kontinuierlichen Filtern im Gasdifferenzdruckfeld

Die Filterkuchenwäsche im Gasdifferenzdruckfeld ist ein in vielen Branchen eingesetztes Verfahren zur Abtrennung gelöster Wertprodukte oder Verunreinigungen von Feststoffpartikeln. Die zugrunde liegenden Einzelvorgänge sind vielfach untersucht und beschreibbar.

Um die Waschflüssigkeitsmenge zu reduzieren und die Anlagenkapazität zu erhöhen, wird die Wäsche jedoch mehrstufig ausgeführt und stellt sich als ein komplexes Zusammenspiel miteinander verschalteter, imperfekter Durchströmungsvorgänge sowie Zwischenentfeuchtung(en) mit Wiederbefeuchtung dar.

Bei Auslegung, Betrieb und Optimierung/Anpassung der mehrstufigen Filterkuchenwäsche im Gegenstrom klafft jedoch eine erhebliche Wissens- und methodische Lücke, die in diesem Vorhaben geschlossen werden soll. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Nutzen für kmU, die v.a. auf der Hersteller- und Planungsseite aber auch auf der Betreiberseite zu finden sind.

Die experimentellen Arbeiten sollen an einer Drucknutsche durchgeführt werden. Die theoretischen Arbeiten verknüpfen die unterschiedlichen Vorgänge und Waschstufen mit dem Ziel einer konsistenten modellhaften Beschreibung und basieren auf den experimentellen Ergebnissen.

Darauf aufbauend soll eine Auslegungs- und Optimierungsmethodik (auch als short-cut-Methode) erarbeitet und geprüft werden, mit dem Ziel einer verlässlichen Beschreibung der mehrstufigen Filterkuchenwäsche.

Die angestrebten Vorteile zeigen sich im Bereich einer verbesserten Auslegungs- und Betriebssicherheit einer derartigen Anlage, Erhöhung der Produktqualität und Produktionskapazität wie auch Ökologie und Ressourceneffizienz. Weiterhin kann damit das Anwendungsfeld kontinuierlicher Gasdifferenzdruckfilter erweitert werden.

Die angestrebten Forschungsergebnisse stärken somit die Wettbewerbsfähigkeit von KMU auf der Herstellerseite wie auch auf der Betreiberseite.

Ergebniszusammenfassung:

Bei der mehrstufigen Filterkuchenwäsche im Gegenstrom sind Entfeuchtungszonen notwendig, um ein Vermischen von Flüssigkeitsüberständen auf der Kuchenoberfläche oder von Filtraten im Ablauf zu vermeiden. Ziel des Vorhabens ist die exp. und modellbasierte Untersuchung und Beschreibung der mehrstufigen FK-Wäsche unter besonderer Beachtung von Entfeuchtungszonen.

In Laborversuchen werden mit einer Nutsche die Einflüsse der Entfeuchtungsvorgänge auf die 1-und mehrstufige FK-Wäsche untersucht. Durch die Vorentfeuchtung wird das notwendige Waschverhältnis im Verdrängungs-und Dispersionbereich reduziert. Eine Nachentfeuchtung reduziert das notwendige Waschverhältnis in allen Bereichen der Waschkurve. Ein Entfeuchtungsschritt führt immer zu einer Verlängerung der Prozesszeit und damit Filterfläche. Daher entscheiden wirtschaftliche Randbedingungen im Spannungsfeld (Prozesszeit/Fläche vs. Waschflüssigkeitsbedarf) über den Prozessverlauf. Es besteht kein verfahrenstechnisches Optimum.

Es kann gezeigt werden, dass die Wiederbefeuchtungskinetik deutlich schneller als die Entfeuchtungskinetik ist und sich eine Gleichgewichtssättigung der Wiederbefeuchtung einstellt.

Ein entwickeltes versuchsgestütztes Modell bietet die Möglichkeit den gesamten Bereich der Waschkurve für die 1-und mehrstufige FK-Wäsche im Gegenstrom zu simulieren. Das Modell wird für eine 2-und 3-stufige FK-Wäsche im Gegenstrom für gesättigte Filterkuchen mit exp. Daten erfolgreich validiert. Auslegungen einer mehrstufigen FK-Wäsche sind mit Hilfe der Simulation schneller und besser durchzuführen. Örtlich und zeitlich aufgelöste Konzentrationsverläufe in den Waschstufen können simuliert werden und erlauben einen deutlich tiefen Blick in den Prozess.

Eine Vielzahl verschiedener Waschszenarien und Strategien für die Auslegung einer neuen bzw. Bewertung einer vorhandenen mehrstufigen FK-Wäsche können mit der Simulation erstellt und bewertet werden. Eine Auswahl an Szenarien wird gezeigt, bewertet und diskutiert.