VDI 2762 Blatt 1-2006 Mechanical solid-liquid-separation by cake filtration - Overview.pdf

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1、ICS 71.040.40 VDI-RICHTLINIEN September 2006 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Mechanische Fest-Flssig-Trennung durch Kuchenfiltration bersicht Mechanical solid-liquid-separation by cake filtration Overview VDI 2762 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser R

2、ichtlinie ist verbindlich. No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken as authoritative. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Fachausschuss Mechanische Flssigkeitstrennung VDI-Handbuch Verfahrenstechni

3、k und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet/Reproduction evenfor internaluse notpermittedFrhere Ausgabe:08.03Entwurf, deutsch Formeredition: 08/03 Draft,inGerman onlyZubeziehen durch/ Available at Beuth Verlag GmbH,

4、10772 BerlinAlleRechte vorbehalten /AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf 2006Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 1 Geltungsbereich und Definitionen. 2 2 Einordnung der Kuchenfiltration in die Verfahren der mechanischen Fest-Flssig-Trennung . 4 3 Einteilung der Verfahren zu

5、r Kuchen-filtration nach der treibenden Druckdifferenz 5 4 Teilschritte im Verfahrensablauf der Kuchenfiltration 7 Schrifttum . 8 Preliminary note 2 1 Scope and definitions 2 2 Classification of cake filtration among the methods of mechanical solid-liquid separation. 4 3 Classification of cake-filtr

6、ation methods in terms of the driving pressure difference 5 4 Cake-filtration process steps. 7 Bibliography 8 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 2762 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Vorbemerkung Der GVC

7、-Fachausschuss Mechanische Flssig-keitsabtrennung“ im VDI legt eine Richtlinie vor, die als Grundlage fr quantitative Aussagen ber die Trennbarkeit von Suspensionen durch kuchen-bildende Filtration Anwendung finden soll. Als anerkannte Regel der Technik informiert diese Richtlinie ber Messverfahren

8、zur Bestimmung relevanter trenntechnischer Parameter, die fr die Auswahl und Auslegung von Filtrationsapparaten und -maschinen, sowie fr die Beurteilung und Vorhersage von Verfahrensergebnissen von Bedeu-tung sind. Den unterschiedlichen Verfahren und Verfahrens-schritten der Kuchenfiltration folgend

9、, werden die-se Messverfahren in voneinander getrennten Blt-tern dieser Richtlinie jeweils separat behandelt. Eine systematische Einordnung der Kuchenfiltrati-on in die Verfahren zur mechanischen Fest-Flssig-Trennung und eine bersicht ber die wesentlichen physikalisch abgrenzbaren Verfahrensvariante

10、n und Prozessschritte, die den beschriebenen Messverfah-ren zu Grunde liegen, knnen den anschlieenden Abschnitten entnommen werden. Preliminary note The VDI-GVC Technical Committee “Mechanical Separation of Liquids” issues a guideline which is intended to be used as a basis for quantitative state-me

11、nts on the separability of suspensions by means of cake-forming filtration. Being an acknowledged technical rule, this guide-line provides information on measurement methods for the determination of separation parameters rele-vant to the selection and designing of filtration ap-paratus and machines

12、and to the assess-ment and prediction of process results. These measurement methods are dealt with sepa-rately in individual parts of the guideline in accor-dance with the various processes and process steps of cake filtration. The subsequent sections give a systematic classifi-cation of cake filtra

13、tion among the methods of me-chanical solid-liquid separation and a survey of the essential physically distinguishable process variants and process steps on which the measurement meth-ods described are based. 1 Geltungsbereich und Definitionen Die nachfolgend beschriebenen Messverfahren gelten fr di

14、e unter Wirkung einer treibenden Druckdifferenz realisierte mechanische Abtrennung von Feststoffpartikeln aus Suspensionen auf der Oberflche eines porsen Filtermediums, auf dem sie ein als Filterkuchen bezeichnetes diskret disper-ses porses Haufwerk mit hydraulisch untereinan-der verbundenen Poren b

15、ilden. Bild 1 zeigt in schematischer Form den Grundvor-gang des Verfahrensprinzips. Bild 1. Prinzip der Kuchenfiltration Die durch das Filtermedium hindurchtretende Fls-sigkeit wird Filtrat genannt. Fr die Anwendung von Verfahren zur Kuchenfilt-ration mssen die Feststoffkonzentration der Sus-pension

16、, die Partikelgrenverteilung und die Po-rengre des Filtermediums dergestalt aufeinander 1 Scope and definitions The measurement methods described below apply to the mechanical separation of solid particles from suspensions, achieved by the effect of a driving pressure differential. The solid particl

17、es are col-lected on the surface of a porous filtering medium where they form a discretely disperse, porous accu-mulation with hydraulically interconnected pores. Figure 1 illustrates the basic principle of the process. Figure 1. Principle of cake filtration The liquid passing through the filter med

18、ium is called filtrate. To allow the application of cake-filtration methods, the concentration of solid particles in the suspen-sion, the particle size distribution and the pore size of the filter medium must be matched in such a B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Al

19、le Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI 2762 Blatt 1 / Part 1 3 abgestimmt sein, dass sich eine ausreichende Parti-kelabscheidung auf dem Filtermedium und damit eine Kuchenbildung realisieren lsst. Gewhnlich sind in der Suspension Partikeln ent-halten, deren Durchm

20、esser kleiner ist als der ff-nungsquerschnitt der Poren im Filtermedium. Um eine mglichst vollstndige Partikelabscheidung zu erreichen, mssen sich Feststoffbrcken ber den Poren des Filtermediums ausbilden. Nicht abgeschiedene und unerwnscht durch das Filtermedium hindurchgetretene Partikeln werden h

21、ufig als Feststoffdurchschlag bezeichnet. In nachfolgend ausgefhrten Prozessschritten kann die noch im Porenraum des Filterkuchens befindli-che Suspensionsflssigkeit mit den in ihr gelsten Substanzen teilweise durch Waschung und/oder Entfeuchtung reduziert werden. Unter Waschung soll der Austausch d

22、er ursprng-lich in den Poren des Filterkuchens befindlichen Suspensionsflssigkeit durch eine molekular mit dieser mischbaren Flssigkeit verstanden werden. Die Entfeuchtung eines Filterkuchens erfolgt durch Verdrngen der Porenflssigkeit mittels mechani-scher Kompression des Haufwerkes und der damit v

23、erbundenen Verringerung des Porenvolumens oder mittels Gas bzw. Dampf, welcher in den Porenraum eindringt und die Porenflssigkeit verdrngt. Eine vollstndige Entfeuchtung von Filterkuchen durch mechanische Methoden ist physikalisch nicht mglich, sodass ein gnzlich trockener Feststoff nur durch ein na

24、chgeschaltetes thermisches Verfahren erzeugt werden kann. Hinsichtlich der Partikelgre finden die Verfahren der Kuchenfiltration im Bereich zwischen 106m und 103m Anwendung. Zu kleineren Partikeln hin ist eine Begrenzung durch die Ausbildung hoher Durchstrmungswider-stnde im Filterkuchen gegeben. Ei

25、ne geeignete Suspensionsvorbehandlung durch Agglomeration kann den Anwendungsbereich der Kuchenfiltration zu kleineren Primrpartikeln hin verschieben. Zu groen Partikeln hin ist vom Prinzip her keine physikalische Grenze gesetzt, wobei die Flssig-keitsabtrennung fr Partikeln mit Durchmessern oberhal

26、b mehrerer Millimeter in der Regel durch Drainage unter Wirkung der Schwerkraft erfolgt. Die rheologischen Eigenschaften der Suspensions-flssigkeit werden fr die nachfolgend beschriebe-nen Messverfahren allgemein als newtonisch vor-ausgesetzt und die auftretenden Strmungen als laminar, wobei diese E

27、inschrnkungen nicht not-wendigerweise als Voraussetzung gelten mssen. manner as to obtain sufficient particle separation and, thus, cake formation on the filter medium. As a rule, the suspension contains particles which are smaller in diameter than the aperture cross-section of the pores in the filt

28、er medium. Solid bridges across the pores of the filter medium must form for particle separation to be as complete as possible. Particles which are not collected, passing through the filter medium undesirably, are often called solid loss. In subsequent process steps, any residue of the suspension li

29、quid left in the pores of the filter cake, including any dissolved substances, can be reduced by washing and/or deliquoring. For the purpose of this guideline, washing means substituting the suspension liquid originally present in the pores of the filter cake by a liquid that can be mixed with the f

30、ormer at the molecular level. Filter cake deliquoring is by displacing the liquid filling the pores by means of mechanical compres-sion of the cake and by the resulting reduction of the pore volume, or by means of gas or vapour which penetrates the pores, driving out the liquid. Complete deliquoring

31、 of filter cakes is not physi-cally possible using mechanical methods, which means that an entirely dry solid can only be pro-duced by a subsequent thermal process. As for particle sizes, the cake filtration methods are applied in the range from 106m and 103m. The application is limited to the side

32、of smaller par-ticles by the generation of high flow resistances in the filter cake. A suitable pretreatment of the sus-pension by means of agglomeration allows to shift the range of application of cake filtration towards smaller primary particles. As a matter of principle, no physical limitation is

33、 encountered to the side of larger particles; in the case of particles with diameters in excess of several millimetres, liquid separation is usually achieved by drainage under the effect of gravity. The measurement methods described below are based on the assumption that the rheological proper-ties

34、of the suspension liquid are Newtonian and that any flows are laminar; these restrictions, how-ever, are no mandatory prerequisites. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI 2762 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20

35、06 2 Einordnung der Kuchenfiltration in die Verfahren der mechanischen Fest-Flssig-Trennung Die nachfolgende bersicht soll der besseren Ein-ordnung der in vorliegender Richtlinie beschriebe-nen Messverfahren in das gesamte Feld der mecha-nischen Trennverfahren dienen. Fr die mehr oder weniger vollst

36、ndige Auftren-nung einer Suspension in ihre flssigen und festen Bestandteile stehen auf dem Gebiet der mechani-schen Fest-Flssig-Trennung nach Bild 2 neben der Kuchenfiltration als einer Sonderform der Oberflchenfiltration noch andere, physikalisch eindeutig abgrenzbare Verfahren zu Verfgung. Bild 2

37、. Schema der Verfahren zur Fest/Flssig-Trennung Die Verfahren der Querstromfiltration basieren auf der tangentialen berstrmung des meist als mik-roporser Membran ausgebildeten Filtermediums, damit bei der Aufkonzentrierung feinstpartikulrer Suspensionen ein Filterkuchenaufbau mit entspre-chend hohem

38、 Durchstrmungswiderstand bis auf eine unvermeidbare Deckschicht unterbunden wer-den kann. Bei der Tiefenfiltration werden feinstpartikulre Verunreinigungen, die zudem in geringen Konzent-rationen vorliegen mssen, im Inneren von porsen Filterschichten abgeschieden. Die Dichtetrennverfahren nutzen ein

39、en Unterschied in den Dichten von Feststoff und Flssigkeit zur Abscheidung von partikulren Feststoffen durch Sedimentation in und durch Flotation gegen die Richtung des Erdschwere- oder eines Zentrifugal-feldes. Bei entsprechenden elektrischen oder magnetischen Partikel- und Fluideigenschaften kann

40、deren Ab-trennung schlielich auch im elektrischen oder magnetischen Feld realisiert werden. 2 Classification of cake filtration among the methods of mechanical solid-liquid separation The following survey is to facilitate the classifica-tion of the measurement methods described in this guideline wit

41、hin the overall field of mechanical separation methods. In addition to cake filtration, as a special form of surface filtration, the field of mechanical solid-liquid separation, as illustrated in Figure 2, com-prises further, physically discretely distinguishable, methods allowing the more or less c

42、omplete separa-tion of a suspension into its liquid and solid con-stituents. Figure 2. Schematic of the methods of solid-liquid separation The methods of cross-flow filtration rely on a tan-gential flow across the filter medium, which is mostly provided in the form of a microporous mem-brane. When c

43、oncentrating suspensions containing finest particles, this tangential flow allows to pre-vent the formation of a filter cake, with the high flow resistance involved, except for an unavoidable covering layer. In deep-bed filtration, finest contaminations, whose concentrations must also be low, are se

44、parated in-side porous filter layers. The methods of separation according to density make use of the difference in the densities of solid matter and liquid: particulate solids are separated by means of sedimentation along, and by flotation against, the direction of gravitational or centrifugal force

45、s. Finally, appropriate electric or magnetic properties of the particles and the fluid provided, separation in an electric or magnetic field is also possible. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006

46、VDI 2762 Blatt 1 / Part 1 5 3 Einteilung der Verfahren zur Kuchenfilt-ration nach der treibenden Druckdiffe-renz Wie auch die in dieser Richtlinie behandelten Messverfahren verdeutlichen, kann das Verfahren der Kuchenfiltration nach der Art der treibenden Druckdifferenz systematisch in verschiedene

47、Vari-anten untergliedert werden. Die treibende Druckdifferenz fr die Bildung des Filterkuchens bestimmt das gesamte Filtrationsver-fahren. In der gegebenenfalls sich anschlieenden Reini-gungsphase und in der Entfeuchtungsphase des Filterkuchens wird in aller Regel die gleiche Druckdifferenz verwende

48、t, doch kann dieses noch um weitere additive Manahmen ergnzt werden. Bild 3 zeigt die wesentlichen Verfahren, welche man nach der treibenden Druckdifferenz unter-scheiden kann. Bild 3. Einteilung der Verfahren zur Kuchenfiltration nach der treibenden Druckdifferenz Diese Verfahren nutzen zur Erzeugu

49、ng der treiben-den Druckdifferenz entweder Massenkrfte oder von auen aufgeprgte Druckkrfte. Der hydrostatische Druck im Erdfeld kann als trei-bende Druckdifferenz nur dort sinnvoll genutzt werden, wo sehr permeable Haufwerke entstehen. Eine 1 m hohe Flssigkeitssule aus Wasser erzeugt einen hydrostatischen Druck von lediglich 10 kPa (= 0,1 bar). Mit whrend der Filtration ab-nehmendem Flssigkeitsstand verringert sich die treibende Druckdifferenz f