Chapter 1 Mikro- und Ultrafiltration mit Membranen Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger, Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger Ehemaliger Leiter des Lehrstuhls für Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Dresden (1993 bis 2004) und an der TU Kaiserslautern (2004 bis 2016)Search for more papers by this author Book Author(s):Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger, Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger Ehemaliger Leiter des Lehrstuhls für Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Dresden (1993 bis 2004) und an der TU Kaiserslautern (2004 bis 2016)Search for more papers by this author First published: 02 August 2023 https://doi.org/10.1002/9783527818464.ch1 AboutPDFPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShareShare a linkShare onEmailFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Literatur Hwang , S.T. , Kammermayer , K. ( 1975 ). Membranes in Separation , Wiley , New York . Strathmann , H. ( 1979 ). Trennung von molekularen Mischungen mit Hilfe synthetischer Membranen , Steinkopf-Verlag , Darmstadt , ISBN 3-642-85312-9. Kesting , R.E. ( 1971 ). Synthetic Polymeric Membranes , McGraw-Hill , New York . M.C. Porter (Hrsg.) ( 1990 ). Handbook of Industrial Membrane Technology . Noyes Publication , Park Ridge, New Jersy (USA) , ISBN 0-8155-1205-8. Melin , T. , Rautenbach , R. ( 2004 ). Membranverfahren . 2. Auflage , Springer-Verlag , Berlin , ISBN 3-540-00071-2. Staude , E. ( 1992 ). Membranen und Membranprozesse . VCH-Verlag , Weinheim , ISBN 3-527-28041-3. Mulder , M. ( 1996 ). Basic Principles of Membrane Technology . Kluwer Academic Publishers , Dordrecht , ISBN 0-7923-4248-8. Ceryan , M. ( 1998 ). Ultrafiltration and Microfiltration Handbook . Technomic Publishing Co , Lancester (USA) , ISBN 1-566-76598-6. R.D. Noble , S.A. Stern (Hrsg.) ( 1995 ). Membrane Separation Technology . Elsevier , Amsterdam , ISBN 0-444-81633-X. K. Ohlrogge , K. Ebert (Hrsg.) ( 2006 ). Membranen . Wiley-VCH Verlag , Weinheim , ISBN 3-527-30979-9. Ripperger , S. , Gösele , W. , Alt , C. ( 2011–2014 ). "Filtration, Fundamentals" und "Filtration, Equipment" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . 7. Aufl. , Wiley-VCH Verlag , Weinheim . Ripperger , S. ( 2003 ). "Flüssigkeitsabtrennen und Klären" in H. Schubert (Hrsg.), Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik , Wiley-VCH Verlag , Weinheim , ISBN 3-527-30577-7. H. Gaspar , D. Oechsle , E. Pongratz (Hrsg.) ( 2000 ). Handbuch der industriellen Fest/​Flüssig-Filtration , Wiley-VCH Verlag , Weinheim , ISBN 3-527-29796-0. Sutherland , K. ( 2008 ). Filters and Filtration Handbook , 5th edn , Elsevier Advanced Technology , Oxford (UK) , ISBN 1-856-17464-6. K. Luckert (Hrsg.) ( 2004 ). Handbuch der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung . Vulkan-Verlag , Essen , ISBN 3-8027-2196-9. Mikro‐ und Ultrafiltration mit Membranen ReferencesRelatedInformation

This chapter presents the method for the microstructuring of component surfaces by the cold spray process with fine particles. Depending on the process parameters the collision phenomena of particles with the substrate surface by this method can lead to different surface morphologies. The focus of this work is on the investigation of the manufacturing–morphology–property relationship. The mechanisms of cold spraying are explained and the investigated surfaces are discussed in detail. From CFD simulations, the velocities and temperatures of the particle before collision were obtained from the overall velocity and temperature of the gas stream. The impact phenomena were studied by FEM simulations. The microstructured surfaces were used for applications like biofilm growth or friction improvements.

Interactions between particles and surfaces play a significant role in many technical systems. To better understand the impact of particles on the overall behavior, the interactions between particles and surfaces are investigated experimentally and numerically for three generalized systems. The systems are chosen such that they differ in the number, mechanical properties, and kinematics of the particles, in the applied surrounding fluid, and in the spacial and temporal scales. In system one, the topography resulting from the interaction of abrasive particles being in contact with surfaces is analyzed. Depending on particle size and wetting conditions, the resulting topography varies from uniformly scattered to single local indentations. System two represents impacting particles on surfaces. The rebounce behavior varies strongly depending on the local structure of the surface and the wetting conditions, which can cause additional adhesive forces. System three investigates particles moving in a liquid close to a surface. Though not being in direct contact with the surface, the liquid mediates interactions between the particles and the surface. The particle’s trajectory depends strongly on its elastic modulus. These three systems are used to analyze special particle surface interactions independently. However, the results can also be used to characterize real applications, in which these interactions may occur in combination.

A method for washing highly concentrated suspensions with fine particles by using a filter with overlapping disks was studied. For the experiments, alumina and titanium dioxide suspensions were used. It was demonstrated that the used suspensions have non-Newtonian behavior. The viscosity is influenced by the type of particle system, the solid concentration, and the shear rate. The washing process is operated in a discontinuous and a continuous way. The rotation of the disks and the shear flow across their surface prevents the formation of a filter cake and facilitates the handling of suspensions. The shear stresses at the filter disk and the rheology of the processed suspensions are both influenced by the type of particle system, the solid concentration, and the process parameters.

Bei der Planung und dem Bau einer Anlage müssen neben den technischen, betrieblichen und wirtschaftlichen Forderungen auch eine Vielzahl von rechtlichen Vorschriften, die insbesondere Sicherheitsanforderungen betreffen, beachtet werden. Meist sind verschiedene Lösungen möglich. Die Dimensionierung und Gestaltung von Elementen des Apparate- und Maschinenbaues ist Gegenstand eigenständiger Fachdisziplinen mit einer umfangreichen Fachliteratur. Viele Elemente sind standardisiert (z. B. durch EN-, DIN- und ISO-Normen) und die Rechenverfahren zu ihrer Dimensionierung in technischen Regelwerken festgelegt. Für den Apparatebau geltende technische Regelwerke werden in Kap. 9 vorgestellt und detailliert erläutert. Es werden Grundlagen zur Festigkeitsberechnung von Druckbehältern vermittelt, die zur Auslegung einzelner Apparateelemente (Behältermantel, Behälterabschlüsse, Behälterausschnitte) auf Basis des AD 2000 Regelwerkes und der DIN EN 13445 bzw. DIN EN 13480 angewendet werden. Dabei werden nicht nur Druckbehälter aus Stählen, sondern auch die Besonderheiten beim Einsatz von Kunststoffen betrachtet. Das Kap. 9 behandelt zudem die Beanspruchung von Zentrifugentrommeln, die in verfahrenstechnischen Anlagen zur Abtrennung von Feststoffen oder emulgierten Flüssigkeiten vielfach zum Einsatz kommen sowie die Beanspruchung von Apparaten durch Windlasten, die bei hohen Bauwerken eine wichtige Rolle spielen kann.

Dem Anlagen- und Apparatebau stehen eine Vielzahl von Werkstoffen zur Verfügung, die in die Hauptgruppen Metalle, Nichtmetalle und Verbundwerkstoffe eingeteilt werden können. In Kap. 8 werden gängige Werkstoffe vorgestellt und Auswahlkriterien in Bezug auf deren Eigenschaften wie Festigkeit, Verarbeitbarkeit sowie chemische und thermische Beständigkeit diskutiert. Dabei werden insbesondere Stähle und Kunststoffe ausführlich behandelt.

Zahlreiche Organisationen erarbeiten auf Basis der gesetzlichen Vorgaben und/oder dem aktuellen Stand der Technik und Wirtschaft qualifizierte Regeln bzw. Empfehlungen, die helfen, die hohen Sicherheitsanforderungen beim Bau von verfahrenstechnischen Anlagen zu erfüllen. Diese Normen, Richtlinien oder Empfehlungen enthalten u. a. anerkannte Lösungen für wiederkehrende Aufgaben, oder sie spezifizieren die z. T. komplexen Anforderungen, welchen die Anlagen genügen müssen. Kap. 7 behandelt Grundlagen dieser Standardisierungsarbeit und stellt die für die Anlagentechnik bedeutenden Organisationen vor.

Durch eine Erprobung von neu entwickelten Anlagen im kleineren Maßstab (Labor- oder Pilotmaßstab), können die Risiken und die darin begründeten Gefahren einer Anlage im Produktionsmaßstab minimiert werden. Solche Versuche sind oft ein wesentlicher Teil der Prozess- und Anlagenentwicklung. Dabei spielt die Übertragbarkeit von Ergebnissen aus Versuchs- und Pilotanlagen auf große Produktionsanlagen (Scale-up) sowie die Übertragbarkeit von Prozessen, die im großen Maßstab betrieben werden und in einem kleineren Maßstab untersucht werden sollen (Scale-down), eine wichtige Rolle. Die Ähnlichkeitslehre beinhaltet Arbeitsmethoden, die es gestatten, die physikalische Ähnlichkeit von ablaufenden Vorgängen zu bewerten. Die Grundlagen der Ähnlichkeitslehre und der damit verbundenen Dimensionsanalyse werden in Kap. 5 vorgestellt. Zunehmend werden die experimentellen Arbeiten durch „virtuelle Versuche“ auf Basis von Simulationsprogrammen ergänzt. Die Bedeutung der Versuchs- und Simulationstechniken in Verbindung mit einer Prozess- und Anlagenentwicklung wird in Kap. 5 behandelt.

Dieses Fachbuch vermittelt die wesentlichen Grundlagen zur Entwicklung und Planung verfahrenstechnischer Anlagen und zur Gestaltung von Apparaten. Die Autoren gehen dabei auf die technischen, betrieblichen, wirtschaftlichen und rechtlichen Aspekte ein.

Die Entwicklung, Planung, Errichtung und Inbetriebnahme einer verfahrenstechnischen Anlage wird von den jeweiligen örtlichen und zeitlichen Gegebenheiten geprägt. Es handelt sich in der Regel um ein einmaliges Vorhaben und somit um ein Projekt. Damit die gesetzten Ziele fristgerecht erreicht werden, sind die Methoden des Projektmanagements anzuwenden. Grundlagen hierzu werden in Kap. 2 vermittelt. Die Entscheidungen zu einer Prozessentwicklung bindet meist ein großes Kapitalvolumen und ist daher mit erheblichen Risiken verbunden. Die Investitionen werden nur getätigt, wenn neben ihrer Wirtschaftlichkeit auch strategische Unternehmensziele damit erreicht werden.

Die Modularisierung von Anlagen ist ein Trend innerhalb der Anlagentechnik, der immer mehr an Bedeutung gewinnt. Dabei steht ein systematischer Modularisierungsansatz, der die Prozessentwicklung und die physikalische Umsetzung des Prozesses in Form einer Anlage umfasst, im Vordergrund. Selbst ein zukünftiger Um- oder Rückbau einer Anlage wird dabei berücksichtigt, da die Modularisierung den Austausch und ggf. die Wiederverwendung von ganzen Modulen vereinfachen soll. Zur Modularisierung hat sich noch kein einheitlicher Standard etabliert. Erst seit wenigen Jahren werden koordinierte Forschungsprojekte zur Modularisierung verfahrenstechnischer Anlage durchgeführt und Arbeitskreise mit Vertreten aus der Industrie und Forschung aktiv.

Die Bindung finanzieller Mittel für eine Investition in eine technische Anlage wird in der Regel durch den zu erwartenden Nutzeffekt gerechtfertigt. Für eine solche Rechtfertigung sind Abschätzungen der Wirtschaftlichkeit bereits im Vorfeld einer Projektbearbeitung notwendig. Dabei wird für eine bestimmte Nutzungsdauer der ermittelte Aufwand mit den zu erwartenden Einsparungen, Erlösen oder sonstigen Nutzen verglichen. Entwickelte Prozessvarianten werden anhand technischer und wirtschaftlicher Kriterien bewertet. Die Bewertung sollte bereits in einem frühen Projektstadium erfolgen. Zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeit einer zu errichtenden Anlage wird eine einfache jedoch bewährte Kostenvergleichsmethode vorgestellt. Dabei werden die Gesamtkosten für einzelne Verfahrensvarianten für einen bestimmten Zeitraum (ein Jahr) ermittelt und miteinander verglichen.

AbstractIm Jahr 1970 wurde die Doppeluniversität Kaiserslautern‐Trier gegründet, aus der 1975 die beiden eigenständigen Universitäten Trier und Kaiserslautern hervorgingen. Um den Schwerpunkt der Universität Kaiserslautern in den Ingenieurwissenschaften zu betonen, wurde diese 2003 in „Technische Universität Kaiserslautern” umbenannt. In den 50 Jahren ihres Bestehens war der Aufbau und die Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik einer der Schwerpunkte des Fachbereiches Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Der Artikel beleuchtet diesen Entwicklungsweg und stellt die damaligen und aktuellen Forschungsgebiete der vier verfahrenstechnischen Lehrstühle der TU Kaiserslautern vor.