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E-Book

Membranverfahren

Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung

AutorRobert Rautenbach, Thomas Melin
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2007
Seitenanzahl584 Seiten
ISBN9783540343288
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis109,99 EUR

Membranverfahren sind unentbehrlich für Wasser-, Lebensmittel- und Medizintechnik. Mit hohen Wachstumsraten in Umweltschutz und Chemie gehören sie zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. 'Bei Rautenbach nachlesen', sagen Praktiker übereinstimmend, wenn es um die konkrete Anwendung, einen Verfahrensvergleich, Pilotversuche oder die Interpretation geht. Die 3. Auflage behält die erfolgreiche Kombination von Handbuch und Lehrbuch bei.



Autor der dritten Auflage ist Prof. Thomas Melin. Nach dem Studium der Physik und Promotion zum Dr.-Ing. am Aachener Institut von Prof. Rautenbach war er 20 Jahre lang Mitarbeiter der Bayer AG und überwiegend in der Verfahrensentwicklung tätig. Seine Aufgaben reichten von der Planung einer Fabrik in Korea bis zur Leitung eines Fachbereichs, der neben Umweltschutz und Bioverfahrenstechnik auch die Membrantechnik umfasste. 1996 übernahm er von Professor Rautenbach die Leitung des Instituts für Verfahrenstechnik der RWTH Aachen, dessen traditioneller Forschungsschwerpunkt Membrantechnik durch reaktionstechnische und umwelttechnische Themen ergänzt wird.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Danksagung6
Inhaltsverzeichnis7
1 Membranprozesse - Triebkräfte und Transportwiderstände14
1.1 Einleitung: Membranen, Module, Membranverfahren14
1.2 Grundbegriffe – Selektivität, Fluss, Rückhalt17
1.3 Triebkräfte und Widerstände20
1.4 Universelle Triebkraft: Differenz des chemischen Potenzials21
1.5 Transportwiderstände an der Membran27
1.6 Zusammenfassung29
Formelzeichen und Indizierung30
2 Membranen – Strukturen, Werkstoffe und Herstellung31
2.1 Einleitung31
2.2 Klassifizierung von Membranen32
2.3 Organische Membranen34
2.4 Anorganische Membranen59
2.5 Flüssige Membranen, Membranen mit Carrier75
2.6 Erleichterter Stofftransport durch Membranen77
Literatur78
3 Modellierung des Stofftransportes in Membranen82
3.1 Einleitung82
3.2 Porenmodell für Filtrationsanwendungen86
3.3 Lösungs-Diffusions-Modell für porenfreie Membranen89
3.4 Modelle für den Gas- und Dampftransport in porösen Materialien107
3.5 Transport in Membranen mit Oberflächenladungen117
3.6 Zusammenfassung118
3.7 Berechnungsbeispiele119
Formelzeichen und Indizierung123
Literatur125
4 Stoffaustausch an Membranen127
4.1 Triebkraftmindernde Effekte127
4.2 Einfluss der Einbaurichtung asymmetrischer Membranen148
4.3 Maßnahmen zur Verbesserung des Stoffübergangs an der Membran152
Formelzeichen und Indizierung157
Literatur159
5 Modulkonstruktionen161
5.1 Einleitung161
5.2 Strömungsführung im Modul162
5.3 Anforderungen an Modulkonstruktionen165
5.4 Module mit Schlauchmembranen167
5.5 Module mit Flachmembranen177
5.6 Getauchte Module für die Wasseraufbereitung185
5.7 Moduloptimierung194
5.8 Zusammenfassung210
Formelzeichen und Indizierung211
Literatur212
6 Anlagenentwurf und Modulanordnung215
6.1 Einleitung215
6.2 Parallel- und Reihenschaltung216
6.3 Modulanordnung innerhalb einer Stufe217
6.4 Mehrstufige Anlagenverschaltung221
6.5 Anlagenauslegung – Näherungsrechnungen229
Formelzeichen und Indizierung235
Literatur236
7 Kosten237
7.1 Investitionskosten - Methoden zur Kostenschätzung237
7.2 Laufende Kosten – Wirtschaftlichkeit244
7.3 Spezifische Kosten249
Formelzeichen und Indizierung253
Literatur253
8 Umkehrosmose255
8.1 Einleitung255
8.2 Membranbeständigkeit257
8.3 Osmotischer Druck262
8.5 Membranverblockung infolge von Kristallisation ( Scaling)265
8.6 Membranverblockung infolge Verschmutzungen ( Fouling)269
8.7 Membranflächen-, Leistungs- und spezifischer Energiebedarf273
8.8 Beispiele für den Einsatz der Umkehrosmose276
8.9 Aufgabe: Auslegung einer Meerwasserentsalzungsan-lage285
8.10 Zusammenfassung290
Formelzeichen und Indizierung292
Literatur293
9 Nanofiltration295
9.1 Abgrenzung zur Umkehrosmose und Ultrafiltration295
9.2 Kommerzielle NF-Membranen, Einsatzgebiete297
9.3 Berechnung des Trennverhaltens von NF-Membranen300
9.4 Donnan-Effekt300
9.5 Druck- und konzentrationsabhängiger Rückhalt304
9.6 Vergleich von NF und RO310
9.7 Zusammenfassung315
Formelzeichen und Indizierung316
Literatur317
10 Ultrafiltration und Mikrofiltration319
10.1 Verfahrensbeschreibung319
10.2 Membranen in der Ultra- und Mikrofiltration321
10.3 Prozessführung und Modulsysteme325
10.4 Modellierung des Stofftransportes bei der Ultra- und Mikrofiltration333
10.5 Membranfouling346
10.6 Chemische Reinigung354
10.7 Anwendungen in der Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung358
10.8 Berechnungsbeispiel368
Formelzeichen und Indizierung373
Literatur376
11 Elektrodialyse379
11.1 Verfahrensbeschreibung379
11.2 Ionenaustauschermembranen: Prinzip, Eigenschaften und Herstellung381
11.3 Aufbau und Betriebsweisen von Elektrodialyseanlagen387
11.4 Auslegung von ED-Anlagen393
11.5 Kosten und Anwendung des Verfahrens403
11.6 Verfahrensvarianten406
11.7 Berechnungsbeispiel: Auslegung einer Brackwasserelektrodialyse412
Formelzeichen und Indizierung419
Literatur421
12 Pervaporation / Dampfpermeation424
12.1 Verfahrensbeschreibung424
12.2 Membranen und Module426
12.3 Diskussion der leistungsbestimmenden Parameter429
12.4 Verfahrensauslegung434
12.5 Anwendungsbeispiele438
12.6 Zusammenfassung und Ausblick450
Formelzeichen und Indizierung451
Literatur453
13 Gaspermeation455
13.1 Einleitung455
13.2 Trennmechanismen von GP-Membranen456
13.3 Membranwerkstoffe459
13.4 Modulkonstruktionen477
13.5 Lokale Trenncharakteristik480
13.6 Modul- und Anlagenauslegung490
13.7 Anwendungsbeispiele492
13.8 Berechnungsbeispiele508
Formelzeichen und Indizierung510
Literatur512
14 Membrankontaktoren515
14.1 Einleitung515
14.2 Verfahrensprinzip515
14.3 Membranen519
14.4 Modulkonstruktionen519
14.5 Auslegung von Membrankontaktoren521
14.6 Anwendungen534
14.7 Zusammenfassung und Ausblick545
Anhang A: Herleitung der allgemeinen Transportgleichung546
Anhang B: Beschreibung des Stoffdurchgangs549
Formelzeichen und Indizierung552
Literatur554
15 Membranreaktoren556
15.1 Einleitung556
15.2 Extraktorprinzip557
15.3 Distributorprinzip563
15.4 Kontaktorprinzip566
15.5 Membranbioreaktoren570
15.6 Zusammenfassung576
Formelzeichen und Indizierung576
Literatur577
Sachverzeichnis579

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