Kuchenfiltration

Kuchenfiltration ist eine Form der Fest-Flüssig-Trennung, bei der sich während der Filtration aus der suspendierten Feststoffphase ein Filterkuchen auf dem Filtermedium bildet. Der Kuchen wirkt als zusätzliches Filtermedium und führt mit zunehmender Dicke zu sinkenden Filtrationsgeschwindigkeiten. Sie kommt vor allem bei feinen Partikeln zum Einsatz und wird in der Lebensmittelindustrie, der Chemie, der Umwelttechnik und der Pharmaindustrie genutzt.

Ablauf und Verfahren: Ein Schlamm wird durch das Filtermedium geführt oder durch Unterdruck bzw. Überdruck durchgelassen. Während die filtrierte Flüssigkeit austritt, sammeln sich Feststoffe auf dem Filterpapier, Gewebe oder der Keramik. Der Kuchen kann anschließend gewaschen oder weiter getrocknet werden. Je nach Anforderung wird entweder eine konstante Filtrationsrate oder ein konstanter Druck angelegt, wodurch sich der Kuchen unterschiedlicher Dicke und Entwässerungsgrade bildet.

Prinzipien und Modellierung: Der Durchfluss hängt vom Widerstand des Filtermediums und vom Widerstand des Kuchenmaterials ab. Häufig wird das Darcy-Gesetz verwendet: J = ΔP / (μ (R_m + α x)), wobei J der Filtrationsflux, ΔP der Differenzdruck, μ die Viskosität des Filtrat, R_m der Widerstand des Trägermaterials, α der spezifische Kuchenwiderstand und x die Kuchenhöhe. Mit wachsender Kuchenhöhe steigt der Widerstand und der Flux fällt. Zur Abschätzung der kuchenbezogenen Größen werden Kozeny-Carman-Bezüge sowie experimentelle Bestimmung herangezogen.

Anwendungen und Vor- und Nachteile: Kuchenfiltration eignet sich zur hohen Feststoffrückhaltung und kann kostengünstig umgesetzt werden. Nachteile sind zunehmender Widerstand durch Kompression, teilweise ungleichmäßige Kuchenbildung und Entwässerungsverluste. Typische Anwendungen finden sich in Zucker-, Milch-, Öl-, Pharma- und Abwasserprozessen.