Details

Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen

1. Aufl.

von: Siegfried Ripperger
115,99 €
Verlag:	Wiley-VCH (D)
Format:	EPUB
Veröffentl.:	11.08.2023
ISBN/EAN:	9783527818457
Sprache:	deutsch
Anzahl Seiten:	416

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Beschreibungen

Titelbeschreibung

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. <ul><li>Prinzipien und praktische Anwendungen werden klar strukturiert dem Leser zugänglich gemacht</li> <li>Behandelt alle Prozesse von Grundlagen bis zu den Anwendungen</li> <li>Unverzichtbar für die Ausarbeitung, Etablierung und Instandhaltung von Membrantrennverfahren</li></ul> 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.

Inhaltsverzeichnis

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

Autorenportrait

Siegfried Ripperger studierte Maschinenbau an der Universitüt Kaiserslautern und schloss sein Studium in der Vertiefungsrichtung Verfahrenstechnik ab. Danach war er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Funktion des Oberingenieurs am Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik / Chemieingenieurwesen an der Universität Kaiserslautern, wo er mit einem Thema zur Adsorption organischer Stoffe an Aktivkohle promovierte. 1983 trat er in den niederländischen Chemiekonzern (AKZO) als Entwicklungsingenieur und Leiter eines Anwendungstechnikums ein. Er stieg innerhalb der Produktgruppe “Membrana” zum Leiter der Hauptabteilung “Entwicklung und Anwendungstechnik Technische Membranen” auf. 1989 übernahm er eine C3-Professur für “Verfahrenstechnik” im Fachbereich Lebensmitteltechnologie der Fachhochschule Fulda. Er baute als Dekan den Fachbereich mit auf und folgte 1993 dem Ruf auf eine C4-Professur “Mechanische Verfahrenstechnik” an die TU Dresden. Ab 1997 war er geschäftsführender Direktor des Instituts für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik. 2004 wechselte er an die TU Kaiserslautern und übernahm dort den Lehrstuhl “Mechanische Verfahrenstechnik”. Von 2005 bis 2008 war er Dekan des Fachbereiches Maschinenbau und Verfahrenstechnik der TU Kaiserslautern. Wegen Erreichung der Altersgrenze schied er 2015 aus dem Hochschuldienst aus. 2011 gründete er die Information and Engineering Services (IES) GmbH. Seit 1993 ist er Chefredakteur der Fachzeitschrift “Filtrieren und Separieren”, die im VDL-Verlag erscheint.

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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. <ul><li>Prinzipien und praktische Anwendungen werden klar strukturiert dem Leser zugänglich gemacht</li> <li>Behandelt alle Prozesse von Grundlagen bis zu den Anwendungen</li> <li>Unverzichtbar für die Ausarbeitung, Etablierung und Instandhaltung von Membrantrennverfahren</li></ul> 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.