ISBN 9783843928632

978-3-8439-2863-2, Reihe Verfahrenstechnik

Manuel Konrath
Klassierung von Feinstpartikeln mittels schnelldrehender Sedimentationszentrifugen

176 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zum Themengebiet der Klassierung von Partikelsystemen im Submikrometer- und Nanometerbereich. Der Fokus liegt dabei auf schnelldrehenden Sedimentationszentrifugen, da dieser Apparatetyp besonders hohe Zentrifugalbeschleunigungen erlaubt, mittels derer auch feinste Partikeln separierbar sind. Experimentelle Verweilzeitmessungen und die numerische Strömungssimulation lieferten detaillierte Informationen über den Zustand des Strömungsfelds bei unterschiedlichen Betriebsparametern. Die daraus abgeleitete Bodenstein-Zahl ermöglichte eine Korrelation zwischen dem Strömungszustand und dem Ergebnis der Klassierung. Dabei war eine bessere Trennschärfe bei geringerer Rückvermischung feststellbar, welche bei kleineren Volumenströmen und höheren Schleuderziffern vorliegt. Der entwickelte Prototyp verdeutlicht, dass die Magnetlager-Technik eine beachtenswerte Alternative zu konventionellen Lagerungs- und Antriebssystemen darstellt. Schleuderziffern von 100000 und darüber schaffen für Partikelsysteme mit ausreichend hoher Dichte einen trenntechnischen Zugang zum Nanometerbereich. Die Resultate für mehrere Versuchsprodukte zeigen, dass für den neuen Apparat die Einstellung der Trennkorngröße präzise über die Prozessparameter möglich ist und den grundlegenden Gleichungen folgt. Der semi-kontinuierliche Betrieb, bei dem mit fortschreitender Zeit ein Sedimentaufbau im Rotor stattfindet, hat für die Klassierung bedeutende Nachteile, da die Verringerung des freien Volumens zu einer Erhöhung des Produktverlusts und einer Verschiebung der Trennkorngröße führt. Durch den Einsatz von Mess- und Regelungstechnik ließ sich der negative Einfluss erfolgreich kompensieren. Ein Streulichtsensor dient zur Online-Messung der Partikelkonzentration im Überlauf. Das Sensorsignal ist in einen Regelkreis integriert, über den die Drehzahl der Zentrifuge sukzessive erhöht wird. Auf diese Weise lassen sich die zuvor genannten Größen des Trennprozesses über einen weiten Bereich des Füllgrads konstant halten.