Filtrations- und Trenneigenschaften von mehrphasigen Fest-Flüssig-Flüssig-Suspensionen (Mehrkomponentensuspensionen)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Urs Peuker
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266337472

Die Verarbeitungs- bzw. Filtrationseigenschaften von Mehrkomponentensuspensionen, die aus einer Mutterflüssigkeit mit einer dispersen festen (Partikel) und einer dispersen flüssigen (Tröpfchen) Phase bestehen, werden erforscht. Solche Mehrkomponentensuspensionen werden auch Suspo-Emulsionen genannt. Sie treten bei technischen Prozessen in der Erdöl-, Grundstoff-, pharmazeutischen und chemischen Industrie auf. Sowohl bei größeren Prozessströmen als auch bei stabiler Grenzflächenchemie bestehen keine etablierten Ansätze zur effizienten Trennung in die beteiligten Phasen. Das übergeordnete Ziel ist es, Strategien auf Basis der kuchenbildenden Filtration zu entwerfen, um die zweiphasige Porenflüssigkeit der Mehrkomponentensuspension und die disperse Feststoffphase voneinander zu trennen. Im Fokus stehen die Eigenschaften des durch den Filtrationsprozess gebildeten porösen Haufwerks. Es soll die grundlegende Frage beantwortet werden, wie sich in Abhängigkeit der Wechselwirkungen zwischen Partikeln und Tröpfchen die Porenstruktur mit welcher Eigenschaftsfunktion ausbildet. Für die mechanische Trennung ist die anschließende Mobilität der beiden flüssigen Phasen im Porensystem entscheidend. Durch prozessnahe Experimente und hochauflösende tomographische Analysen mit einer In-situ-Messzelle werden Rückschlüsse auf die Art der Einlagerung der beiden flüssigen Phasen in den Porenraum gezogen. Im Rahmen des Vorhabens wird die Methodik der In-situ-Filtrationsexperimente für das dreiphasige Stoffsystem weiterentwickelt. Ein Schwerpunkt liegt auf der Identifikation der drei beteiligten Phasen, sodass zwischen kontinuierlicher wässeriger Phase und der dispersen flüssigen Phase bei Anwesenheit der Partikel unterscheiden werden kann. Für den Prozess stellt sich die Frage, unter welchen Parametern es zu einer Koaleszenz d.h. einer makroskopischen Verteilung der dispersen Flüssigkeit kommt, ober ob die Emulsionsstruktur in der Porenflüssigkeit erhalten bleibt. Ebenso muss berücksichtigt werden, wie stark die beiden dispersen Phasen agglomerieren, was sich auf die Mobilität und auf die makroskopischen Haufwerkseigenschaften, wie bspw. Porosität, Festigkeit, Kompressibilität, auswirkt. Da Tropfen und Partikel über kapillare Wechselwirkungen interagieren können, besitzen die Mehrkomponentenfilterkuchen interessante Fließ- und Festigkeitseigenschaften. Diese sollen durch eine Zusammenarbeit mit der Universität Melbourne (Fluid Particle Research Centre) detaillierter charakterisiert werden. Das erarbeitete makro- und mikroskopische Verständnis soll in eine Modellvorstellung überführt werden, die zukünftig eine Modellierung bspw. auf Basis von Porennetzwerkmodellen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen