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Full Description
Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen Klar strukturiert und kompakt wird hier die Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen behandelt, von den Grundlagen und Charakterisierung von Membranen bis hin zu industriellen Anwendungen und Instandhaltung
Die Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen ist eine verbreitete und etablierte Schlüsseltechnologie für die Aufbereitung von Stoffströmen. Im Buch werden sowohl die Grundlagen der Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen, Herstellung und Charakterisierung, Filtrationsverfahren, industrielle Anwendungen als auch die Instandhaltung und Reinigung von Membranen behandelt.
Prinzipien und praktische Anwendungen werden klar strukturiert dem Leser zugänglich gemacht
Behandelt alle Prozesse von Grundlagen bis zu den Anwendungen
Unverzichtbar für die Ausarbeitung, Etablierung und Instandhaltung von Membrantrennverfahren
Es bietet eine umfassende Einführung in die Theorie und Praxis der Membranfiltration und gibt wertvolle Einblicke in die verschiedenen Anwendungen und Technologien. Ob Sie nun ein erfahrener Ingenieur sind oder gerade erst in die Welt der Membranfiltration eintauchen, dieses Buch wird Ihnen helfen, Ihre Kenntnisse zu vertiefen und Ihre Fähigkeiten zu verbessern. Mit klaren Erklärungen, anschaulichen Beispielen und praktischen Tipps ist es ein unverzichtbares Nachschlagewerk für jeden, der sich mit der Filtration von Flüssigkeiten beschäftigt.
Contents
Vorwort xi
Liste Der Symbole xiii
1 Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen 1
1.1 Übersicht über die Membranverfahren 1
1.2 Einordnung der Mikro- und Ultrafiltration 4
1.2.1 Die Mikrofiltration 5
1.2.2 Die Ultrafiltration 6
1.3 Bekannte Verfahrensweisen und Ausführungsformen 9
1.3.1 Dead-End-Filtration (statische Filtration) 9
1.3.2 Crossflow-Filtration mit Membranmodulen 10
1.3.3 Dynamische Filtration mit Filtrationsmaschinen 11
1.3.4 Single-Pass-Crossflow-Filtration 11
1.3.5 GetauchteMembraneninBeckenundBehältern 12
1.4 Entscheidende Faktoren für eine industrielle Membrananwendung 12
1.5 Technische und wirtschaftliche Bedeutung 15
Literatur 17
2 Historische Entwicklung der Mikro- und Ultrafiltration 19
2.1 Entdeckung grundlegender Naturgesetze 19
2.2 Herstellung von Polymermembranen 21
2.3 Entwicklungen der Entkeimungs- und Sterilfiltration 27
2.4 Entwicklung anorganischer Membranen 29
Literatur 32
3 Membranen zur Ultra- und Mikrofiltration 35
3.1 Allgemeine Beschreibung und Einteilung 35
3.2 Polymermembranen und ihre Herstellung 37
3.2.1 Membranherstellung durch Phasenseparation 40
3.2.2 Herstellung von Rohrmembranen durch Spiralwickeln 48
3.2.3 Membranherstellung durch Verstrecken von Polymerfolien 50
3.2.4 Das Kernspurverfahren („track etching") 51
3.2.5 Herstellung mikroporöser Strukturen durch Sintern 53
3.3 Anorganische Membranen 53
3.4 Charakterisierung von Membranen zur Mikro- und Ultrafiltration 56
3.4.1 Überblick über die zu charakterisierenden Eigenschaften 56
3.4.2 Äußere Abmaße 59
3.4.3 Die Porenstruktur 59
3.4.4 Die Topographie der äußeren Oberfläche 63
3.4.5 Die Permeabilität 64
3.4.6 Die Trenngrenze bzw. das Rückhaltevermögen 71
3.4.7 Benetzungseigenschaften von Membranen 79
3.4.8 Blaspunktdruck und maximale Porengröße 87
3.4.9 Die Porengrößenverteilung 89
3.4.10 Adsorptionseigenschaften und elektrochemische Eigenschaften 94
3.4.11 Mechanische Membraneigenschaften 97
3.4.12 Die Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit 99
Literatur 102
4 Relevante Eigenschaften der behandelten Stoffsysteme 105
4.1 Besonderheiten der behandelten Stoffsysteme 105
4.2 Agglomeration und Flockung 108
4.3 Absetzgeschwindigkeit 109
4.4 Verhalten von Partikeln und Makromolekülen im elektrischen Feld 110
4.5 Diffusion 110
4.6 Osmotischer Druck 111
4.7 Das Fließverhalten von Dispersionen 115
4.8 Strömungswiderstand der Deckschicht 122
5 Die Dead-End-Filtration mit Membranen 135
5.1 Einführung 135
5.2 Ausführungsformen 137
5.2.1 Scheibenfilter zur Dead-End-Filtration 137
5.2.2 Capsule-Filter 138
5.2.3 Filterkerzen mit den zugehörigen Gehäusen 138
5.3 Physikalische Überlegungen zur Dead-End-Filtration 142
5.3.1 Flüssigkeits- bzw. Gasdurchsatz reiner Medien 142
5.3.2 Flüssigkeitsdurchsatz bei einer Oberflächenfiltration 144
5.3.3 Die Schmutzaufnahmefähigkeit 148
5.4 Validierung von Membranfiltern 150
5.4.1 Entwicklung der Validierungspraxis 150
5.4.2 Integritätstestverfahren 152
5.4.3 Nachweise für einen unbedenklichen Einsatz von Filtern 160
5.4.4 Qualitätssicherung bei der Produktion 166
Literatur 169
6 Crossflow-Filtration mit durchströmten Membranmodulen 171
6.1 Apparative Ausführung und wichtige Betriebsparameter 171
6.2 Membranmodule zur Crossflow-Filtration 179
6.2.1 Übersicht über einzelne Bauarten 179
6.2.2 Der konzentratseitige Druckabfall im Membranmodul 184
6.3 Betriebsweisen zur Crossflow-Filtration 190
6.3.1 Diskontinuierliche Betriebsweisen 190
6.3.2 Kontinuierliche Betriebsweisen 193
6.3.3 Beispiel zum Vergleich verschiedener Betriebsweisen 195
6.3.4 Die Diafiltration 198
6.4 Berechnungsansätze zur Crossflow-Filtration 203
6.4.1 Bekannte Berechnungsansätze 203
6.4.2 Gekoppeltes Diffusions- und hydrodynamisches Modell 213
6.4.3 Modellierung des zeitlichen Filtrationsverlaufs 218
6.4.4 Schlussfolgerungen 220
6.5 Klassierverfahren 220
6.6 Die UTP-Betriebsweise 221
6.7 Der Einsatz von Gradientenmembranen 223
6.8 Dynamische Precoat-Filtration 225
6.9 Fouling 225
Literatur 228
7 Sonstige Verfahrensweisen mit feststehenden, überströmten Membranen 233
7.1 Single-Pass-Crossflow-Filtration 233
7.2 Filtration mit getauchten Membranen 236
7.3 Pumpe-Düse-Filtersysteme 237
7.4 Crossflow-Filtration mit Dean-Wirbeln 237
7.5 Zyklonmodule 239
Literatur 241
8 Filtrationsmaschinen 243
8.1 Einführung 243
8.2 Rührzellen 245
8.3 Scherspaltfilter mit radialem Spalt und Rührorganen 246
8.4 Filter mit rotierenden Filterscheiben 249
8.5 Filter mit zylindrischen Filterelementen 254
8.6 Filter mit oszillierenden Membranen 260
8.7 Filter mit Schaber zum Entfernen der Deckschicht 260
8.8 Hinweise zur Auslegung und zum Betrieb 261
Literatur 262
9 Zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung des Filtratstroms 265
9.1 Crossflow-Filtration mit periodischer Rückspülung 265
9.2 Crossflow-Filtration mit überlagertem elektrischen Feld 273
9.3 Crossflow-Filtration mit überlagertem Ultraschall 276
9.4 Einsatz abrasiv wirkender Partikeln 277
Literatur 278
10 Anwendungsgebiete der Ultra- und Mikrofiltration 281
10.1 Anwendungen in der Labor- und Analysetechnik 281
10.2 Entkeimungsfiltration von Flüssigkeiten 284
10.3 Entkeimungsfiltration von Gasen 286
10.4 Pyrogenabtrennung 288
10.5 Anwendungen in der Biotechnologie 290
10.6 Anwendungen in der Medizin 298
10.7 Anwendungen in der Lebensmitteltechnik 301
10.7.1 Klären und Entkeimen 302
10.7.2 Anwendungen in der Zucker- und Stärkeindustrie 311
10.7.3 Anwendungen bei der Verarbeitung von Milch und Molke 313
10.7.4 Anwendungen bei der Gewinnung von Sojaprodukten 315
10.7.5 Filtration von Reinigungslösungen 315
10.8 Anwendungen zur Wasseraufbereitung 316
10.8.1 Trinkwassergewinnung 317
10.8.2 Vorbehandlung von Wasser für die Umkehrosmose 319
10.8.3 Rein- und Reinstwasserbereitung 320
10.8.4 Beurteilung der Filtrierbarkeit von Wasser 323
10.8.5 Membranbioreaktoren zur Abwasseraufbereitung 326
10.8.6 Zero Liquid Discharge 330
10.9 Anwendungen in der Produktions- und Umweltschutztechnik 332
10.9.1 Aufarbeitung öl- und fetthaltiger Wässer 333
10.9.2 Recycling von Schleifereiwasser 335
10.9.3 Anwendung bei der elektrophoretischen Tauchlackierung 337
10.9.4 Abtrennung von gefällten Metallverbindungen 337
10.9.5 Anwendungen bei der Herstellung von Zellstoff und Papier 338
10.9.6 Anwendungen in der chemischen Produktion 339
10.10 Mikroporöse Membranen in konventionellen Filterapparaten 342
Literatur 343
11 Reinigung, Desinfektion und Sterilisation von Membrananlagen 347
11.1 Einführung 347
11.2 Die CIP-Reinigung 349
11.3 Desinfektion und Sterilisation von Membrananlagen 361
11.3.1 Einführung 361
11.3.2 Chemische Desinfektion und Desinfektionsmittel 362
11.3.3 Desinfektion und Sterilisation durch Hitze 365
11.3.4 Validierung des Desinfektions- oder Sterilisationserfolgs 367
Literatur 368
12 Hinweise zur Projektbearbeitung 369
12.1 Verfahrensauswahl 369
12.2 Hybridprozesse 371
12.3 Bedeutung experimenteller Untersuchungen 371
12.4 Projektbearbeitung zur Ultra- und Mikrofiltration 373
12.5 Betriebswirtschaftliche Betrachtungen 379
Literatur 385
Stichwortverzeichnis 387
