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Erklärung und Unterschied zwischen Fluss und Filtrationsvolumenstrom
Der Filtrationsvolumenstrom (oft als Fluss bezeichnet) gibt die Menge des Filtrats (also der Flüssigkeit, die durch das Filtermedium durchtritt) pro Zeiteinheit an. Formal ausgedrückt ist der Volumenstrom \( Q \) das Volumen \( V \) des Filtrats, das pro Zeit \( t \) filtriert wird, also \( Q = \frac{V}{t} \). Der Fluss \( J \), auch als Flux bezeichnet, ist der Filtrationsvolumenstrom pro Fläche des Filtermediums, d.h., \( J = \frac{Q}{A} = \frac{V}{t \cdot A} \), wobei \( A \) die Fläche durch die gefiltert wird, darstellt. In vielen Fällen werden die Begriffe "Fluss" und "Filtrationsvolumenstrom" synonym verwendet, jedoch impliziert der Fluss in technischer Sicht eine Normalisierung durch die Filterfläche.
Graphische Darstellung: Druck entgegen Filtrationsvolumenstrom bei einer Dead-End-Filtration
Bei einer Dead-End-Filtration wird die Suspension senkrecht auf das Filtermedium gegeben, wodurch die Teilchen sich auf der Oberfläche ansammeln und einen Filterkuchen bilden.
1. Druck ist konstant
Bei konstant gehaltenem Druck wird der Filtrationsvolumenstrom (oder Fluss) mit der Zeit abnehmen. Der Grund dafür ist die Ansammlung von Partikeln auf der Filteroberfläche, die den Widerstand erhöht und somit den Durchfluss behindert. Die graphische Darstellung würde zeigen, dass mit zunehmender Zeit (repräsentiert durch eine Zunahme der auf der x-Achse aufgetragenen Werte) der Filtrationsvolumenstrom (y-Achse) abnimmt. Die Kurve würde typischerweise abfallend verlaufen, eventuell in einer nicht-linearen Weise, abhängig von der Akkumulationsrate der Partikel auf dem Filter.
2. Fluss ist konstant
Wenn der Filtrationsvolumenstrom oder Fluss konstant gehalten wird, muss der Druck mit der Zeit zunehmen, um die zunehmende Ansammlung des Filterkuchens und den damit verbundenen erhöhten Widerstand zu überwinden. In dieser Situation würde eine graphische Darstellung zeigen, dass mit zunehmender Zeit der erforderliche Druck (auf der y-Achse) steigt, um den konstanten Filtrationsvolumenstrom (Fluss) zu erhalten. Diese Kurve würde in der Regel ansteigend sein, da mehr und mehr Druck benötigt wird, um das konstante Filtrationsvolumen aufrechtzuerhalten.
Zusammenfassung der Darstellungen
- Bei konstantem Druck: Die Kurve des Filtrationsvolumenstroms gegen die Zeit wäre abfallend, da der Fluss abnimmt, wenn sich der Filterkuchen bildet.
- Bei konstantem Fluss: Die Kurve des benötigten Drucks gegen die Zeit würde ansteigen, da mehr Druck erforderlich ist, um den konstanten Fluss durch den sich bildenden Filterkuchen aufrechtzuerhalten.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Darstellungen idealisiert sind. In der Praxis können diverse Faktoren wie Filtermedium, Partikelgröße und -verteilung, sowie die Interaktion zwischen den Partikeln die genauen Formen der Kurven beeinflussen.
