عنوان

Membranen :

3527309799

3527609008

9783527309795

9783527609000

b563552

Membranen :

[Book]

Grundlagen, Verfahren und industrielle Anwendungen

herausgegeben von Klaus Ohlrogge und Katrin Ebert.

Weinheim

Wiley-VCH

2006

XXI, 566 Seiten : Illustrationen

Bruschke11.1 Einleitung 33511.2 Grundlagen 33811.2.1 Definitionen 33811.2.1.1 Pervaporation 33811.2.1.2 Dampfpermeation 33911.2.1.3 Gaspermeation 33911.2.2 Loesungs-Diffusionsmechanismus 34011.2.3 Polarisationseffekte 34411.2.3.1 Konzentrationspolarisation 34411.2.3.2 Temperaturpolarisation 34511.3 Permeatraum 34511.3.1 Absenken des Drucks im Permeatraum 34711.4 Auslegung von Anlagen 35011.5 Charakterisierung von Membranen 35211.6 Membranen 35411.6.1 Polymermembranen 35511.6.1.1 Hydrophile Membranen 35611.6.1.2 Organophile Membranen 35711.6.1.3 Membranen zur Trennung von Organika 35711.6.2 Anorganische Membranen 35811.7 Module 35911.7.1 Plattenmodule 36011.7.2 Spiralwickelmodule 36111.7.3 Taschenmodule (Kissenmodule) 36211.7.4 Tubulare Module 36211.8 Verfahren 36311.8.1 Absatzweiser ("Batch") Betrieb 36411.8.2 Kontinuierlicher Betrieb 36511.8.3 Dampfpermeation 36611.9 Beeinflussung von Reaktionen 36911.10 Zusammenfassung 37211.11 Literatur 37212 Verfahren zur Trennung von Gasen und Dampfen12.1 Membranverfahren zur Gaspermeation 375Klaus Ohlrogge, Jan Wind, Klaus Viktor Peinemann und Jurgen Stegger12.1.1 Einfuhrung 37512.1.2 Prinzip der selektiven zur Gaspermeation 37612.1.2.1 Definitionen 37912.1.3 Wasserstoffabtrennung 38112.1.4 Heliumruckgewinnung 38312.1.5 Luftzerlegung 38412.1.5.1 Inertgasherstellung 38412.1.5.2 Sauerstoffherstellung 38512.1.6 Drucklufttrocknung 38612.1.7 Erdgasbehandlung 38912.1.7.1 CO2-Abtrennung 38912.1.7.2 Wasserdampf-Taupunkteinstellung 39212.1.7.3 Kohlenwasserstoff-Taupunkteinstellung 39512.1.7.4 Stickstoffabtrennung 40012.1.8 Loesemittelruckgewinnung 40012.1.8.1 Abluftreinigung 40012.1.8.2 Olefinabtrennung 40212.1.9 Ausblick 40712.1.10 Literatur 40812.2 Abtrennung organischer Dampfe 41012.2.1 Einleitung 41012.2.2 Prozesse zur Abtrennung organischer Dampfe mittels Membranverfahren 41012.2.2.1 Membranen 41012.2.2.2 Der Druck als Triebkraft 41212.2.2.3 Permeatmanagement 41212.2.2.4 Die Membrantrennstufe 41412.2.3 Industrielle Anwendungen 41512.2.3.1 Gesetzlicher Rahmen als treibende Kraft 41512.2.3.2 Dampfe leichtfluchtiger Kohlenwasserstoffe aus Lagerung und Umschlag 41612.2.3.3 Resultierende Anforderungen an die Abluftreinigungsanlage 41912.2.3.4 Anwendung: Ruckgewinnung organischer Dampfe durch Gaspermeation/Absorption 42212.2.3.5 Anwendung: Emissionsreduzierung an Tankstellen durch Membrantechnologie 42412.2.4 Zusammenfassung 42612.2.5 Literatur 42713 Elektrodialyse 429Hans-Jurgen Rapp13.1 Einleitung 42913.2 Grundlagen 42913.2.1 Das grundlegende Prinzip 42913.2.2 Die Selektivitat von Ionenaustauschermembranen 43013.2.3 Monoselektive und bipolare Ionenaustauschermembranen 43313.2.3.1 Die bipolare Membran 43313.2.3.2 Monoselektive Ionenaustauschermembranen 43413.2.4 Aufbau eines Elektrodialysemoduls 43613.2.5 Auslegung der Elektrodialyse 43913.2.6 Energiebedarf 44113.2.7 Grenzstromdichte 44313.2.8 Elektroden und Elektrodenspulung 44613.2.9 Wassertransport und Konvektion 44713.2.10 Betriebsweisen der Elektrodialyse 44813.3 Saureruckgewinnung mittels Elektrodialyse 44813.4 Formelzeichen 45113.5 Literatur 45214 Membranen fur die Brennstoffzelle 453Suzana Pereira Nunes14.1 Einleitung 45314.2 Fluorierte Membranen 45414.3 Sulfonierte nichtfluorierte Membranen 45714.4 Phosphonierte Membranen 45914.5 Polymermembranen fur Betrieb mit hohen Temperaturen 46014.6 Organisch-anorganische Membranen 46114.7 Letzte Kommentare 46414.8 Literatur 46515 Anwendungen der Querstrommembranfiltration in der Lebensmittelindustrie 469Frank Lipnizki15.1 Einleitung 46915.2 Milchindustrie 47115.2.1 UEbersicht der Milchindustrie 47115.2.2 Hauptanwendungen von Membranen in der Milchindustrie 47215.2.2.1 Herstellung von Milchprodukten 47215.2.2.2 Herstellung von Molkeproteinprodukten 47415.2.2.3 Kaseherstellung 47715.3 Fermentierte Lebensmittel 47915.3.1 Bier 47915.3.1.1 Bierruckgewinnung aus UEberschusshefe 47915.3.1.2 Klarung von Bier 48115.3.1.3 Entalkoholisierung von Bier 48115.3.2 Wein 48215.3.2.1 Mostkonzentration/-optimierung 48215.3.2.2 Weinklarung/-schoenung 48415.3.2.3 Verjungung von alten Weinen (Lifting) 48415.3.2.4 Entalkoholisierung von Wein 48515.3.3 Essigherstellung 48515.3.3.1 Klarung von Essig 48615.4 Fruchtsafte 48615.4.1 Klarung von Fruchtsaft 48715.4.2 Konzentration von Fruchtsaft 48715.5 Andere Anwendungen von Membranprozessen in der Lebensmittelindustrie 48815.5.1 Membranprozesse in der Lebensmittelproduktion 48915.5.2 Membranprozesse in Prozesswasseraufbereitung und Abwasserbehandlung 48915.6 Ausblick - Zukunftige Trends 48915.6.1 Neue Anwendungen fur Membranprozesse 49115.6.2 Neue Membranprozesse 49215.6.2.1 Pervaporation 49215.6.2.2 Elektrodialyse 49315.6.2.3 Membrankontaktoren - Osmotische Destillation 49315.6.3 Integrierte Prozessloesungen: Synergien und Hybridprozesse 49415.7 Danksagungen 49415.8 Literatur 49516 Nicht-wassrige Nanofiltration 497Katrin Ebert, F. Marga J. Dijkstra und Frauke Jordt16.1 Einleitung 49716.2 Membranen fur die nicht-wassrige Nanofiltration 49816.3 Mathematische Beschreibung der Transportvorgange 50116.4 Anwendungen 50616.4.1 Petrochemie 50616.4.2 Homogene Katalyse 50816.4.3 Pharmazeutische Industrie 50916.5 Literatur 50917 Membranreaktoren 515Detlev Fritsch17.1 Einleitung 51517.2 Klassifizierung von Membranreaktoren 51717.3 Ausgewahlte Reaktionen mit Membranreaktoren 52017.3.1 Extraktortyp 52017.3.2 Distributortyp 52617.3.3 Kontaktortyp 53317.3.3.1 Kontaktor-MR Typ 1 (Diffusion) 53717.3.3.2 Kontaktor-MR Typ 2 (Durchfluss) 54017.3.4 Modellierung 54417.3.5 Schlussbetrachtung 54517.4 Literatur 545Stichwortverzeichnis 549

Reif7.1 Einfuhrung: Biotechnologische Herstellung von Wirkstoffen - Fermentation 1897.2 Filtrationsverfahren 1897.2.1 Statische Filtration 1897.2.2 Dynamische Filtration 1917.3 Membrantypen 1927.3.1 Porengroessen 1947.3.2 Filterformen 1967.3.3 Qualitativer UEberblick der Modultypen 1977.4 Ultrafiltration 1977.5 Adsorptionseffekte 1987.6 Membranreinigung 1997.7 Betriebsarten in der Ultrafiltration 2007.8 Durchfluss 2017.9 Membrancharakterisierung 2017.9.1 Rasterelektronenmikroskopie 2037.9.2 Bubble-Point-Test 2037.9.3 Permeabilitatsmessungen 2057.10 Anwendungen der Mikrofiltration 2057.10.1 Anwendungsbeispiel Filtervalidierung 2057.10.2 Virenentfernung 2067.10.3 Beispiel fur Cross-Flow 2067.11 Membranchromatografie 2087.11.1 Einfuhrung 2087.11.2 Anwendungen 2137.11.3 Anwendungsbeispiel der Affinitatschromatografie 2137.11.4 Ausblick fur Membranadsorber 2157.12 Literatur 2158 Wasseraufbereitung 217Jens Lipnizki, Ulrich Meyer-Blumenroth, Torsten Hackner, Eugen Reinhardt und Pasi Nurminen8.1 Wasserkreislaufe - Spiralwickelmodule 217Jens Lipnizki und Ulrich Meyer-Blumenroth8.1.1 Einleitung 2178.1.2 Aufbau eines Spiralwickelmoduls 2198.1.3 Fouling in Spiralwickelmodulen 2268.1.4 Spiralwickelmodule in Anlagen 2288.1.5 Beispiele fur die Verwendung von Spiralwickelmodulen in Wasserkreislaufen 2298.1.6 Zusammenfassung und Konklusion 2318.1.7 Literatur 2318.2 Vacuum Rotation Membrane (VRM) - das rotierende Membranbelebungsverfahren: Aufbau und Betrieb 232Torsten Hackner8.2.1 Einleitung 2328.2.2 Theorie 2338.2.2.1 Membranbelebungsverfahren nach dem Niederdruckprinzip 2338.2.2.2 VRM-Verfahren 2348.2.3 Betriebserfahrungen mit VRM-Anlagen 2378.2.3.1 Abwasserreinigungsanlage Schwagalp (kommunales Abwasser) 2378.2.3.2 Klarfiltration von Brauereiabwasser (Pilotierung) 2388.3 Prozesswasseraufbereitung mit CR-Filtertechnologiee 240Eugen Reinhardt und Pasi Nurminen8.3.1 Einleitung 2408.3.2 Technische Beschreibung des CR-Filters 2418.3.2.1 Filteraufbau 2418.3.2.2 Funktionsprinzip des CR-Filters 2428.3.2.3 CR-Filtertypen 2438.3.2.4 Trennbereich des CR-Filters 2448.3.2.5 Anlagenkonzepte 2458.3.3 Anwendungsbeispiele 2468.3.3.1 Aufbereitung von Prozesswasser aus der Textilproduktion 2468.3.3.2 Aufbereitung von Prozesswasser aus der PVC-Produktion 2478.3.3.3 Aufbereitung von Streichfarbenspulwasser 2498.3.4 Zusammenfassung 2518.3.5 Literatur 2519 Verfahrenskonzepte zur Herstellung von Reinstwasser in der pharmazeutischen und Halbleiter-Industrie 253Thomas Menzel9.1 Einfuhrung 2539.2 Anforderungen an Systeme zur Herstellung von Reinwasser der pharmazeutischen Industrie 2549.3 Systeme zur Herstellung von Reinwasser in der pharmazeutischen Industrie 2549.3.1 Einsatz der Umkehrosmose bei Systemen zur Herstellung von Reinwasser der pharmazeutischen Industrie 2579.3.2 Einsatz der Elektrodeionisation bei Systemen zur Herstellung von Reinwasser der pharmazeutischen Industrie 2609.3.2.1 Heisswassersanitation der Elektrodeionisation 2649.4 Anforderungen an Systeme zur Herstellung von Reinstwasser in der mikroelektronischen Industrie 2689.4.1 Konzeptioneller Aufbau eines Reinstwassersystems 2699.5 Zusammenfassung 2719.6 Literatur 27210 Modellierung und Simulation der Membranverfahren Gaspermeation, Dampfpermeation und Pervaporation 273Torsten Brinkmann10.1 Einfuhrung 27310.2 Modellierung von Membranverfahren 28410.2.1 Modellierung des transmembranen Stofftransports 28610.2.2 Modellierung der sekundaren Transportphanomene 29110.2.2.1 Konzentrationsgrenzschichten 29210.2.2.2 Druckverluste und Transportwiderstande in poroesen Stutzschichten 29610.2.2.3 Temperatureffekte 29810.2.3 Modellierung von Membranmodulen 30010.3 Implementierung 30810.4 Modulverschaltung 31410.5 Verfahrenssimulation 31810.6 Zusammenfassung und Ausblick 32510.7 Danksagungen 32610.8 Symbolverzeichnis 32610.9 Literatur 32911 Pervaporation und Dampfpermeation 335Hartmut E. A.

Vorwort xviiAutorenliste xix1 Polymermembranen 1Klaus-Viktor Peinemann und Suzana Pereira Nunes1.1 Einfuhrung 11.2 Phaseninversions-Prozess zur Herstellung von Membranen 31.3 Membranen fur die Umkehrosmose 81.4 Membranen fur die Ultrafiltration 111.4.1 Polysulfone und Polyethersulfone 111.4.2 Polyvinylidenfluorid (PVDF) 121.4.3 Polyetherimid 131.4.4 Polyacrylnitril 141.4.5 Cellulose 151.5 Membranen fur die Mikrofiltration 161.5.1 Polypropylen und Polytetrafluorethylen 161.5.2 Polycarbonat und Polyethylenterephthalat 181.6 Literatur 182 Molekulare Modellierung des Transports kleiner Molekule in polymerbasierten Materialien 23Dieter Hofmann und Matthias Heuchel2.1 Einleitung 232.2 Grundlagen von MD Methoden fur amorphe Polymere 252.3 Ausgewahlte Anwendungen von atomistischen Simulationen 292.3.1 Verwendete Hard- und Software 292.3.2 Beispiele fur die Anwendung von Bulkmodellen fur amorphe Polymere 292.3.2.1 Validierung von Packungsmodellen 292.3.2.2 Freies Volumen und Transportprozesse in amorphen Polymeren 342.3.2.3 Einfluss von Unterschieden in der Polymerdynamik auf das Permeationsverhalten gummi- und glasartiger Polymere 382.3.3 Beispiele fur die Anwendung von Grenzflachenmodellen fur amorphe Polymere 392.3.3.1 Polymere in Kontakt mit wassrigen Feedloesungen 392.4 Zusammenfassung 432.5 Danksagung 432.6 Literatur 443 Oberflachenmodifikationen 47Mathias Ulbricht3.1 Einfuhrung - Oberflachen von Membranen 473.2 Motivation und Ziele fur Oberflachenmodifikationen von Membranen 493.3 Strategien und Wege zur Oberflachenmodifikation von Membranen 513.3.1 Anforderungen 513.3.2 Grenzschichtchemie, -architektur und -morphologie, Oberflachenbedeckung 523.3.3 Wege zu oberflachenmodifizierten Membranen 553.3.3.1 Modifikation des Membranmaterials 553.3.3.2 Grenzflachenchemisch kontrollierte Modifikationen 553.3.3.2.1 Molekulare Schichten 563.3.3.2.2 Chemische Reaktionen am Basismaterial 583.3.3.2.3 Auf dem Basismaterial aufbauende Funktionalisierungen - Pfropfreaktionen zur Einfuhrung makromolekularer funktionaler Einheiten 603.3.3.3 Beschichtungen 633.3.3.4 Mehrstufige Oberflachenmodifikationen 643.4 Struktur und Funktion oberflachenmodifizierter Membranen 663.4.1 Minimierung von Membranfouling 663.4.2 Biokompatibilitat 673.4.3 Verbesserte oder neue Selektivitat durch kombinierte Trennmechanismen 683.4.3.1 Erhoehung des Ruckhaltes der Membran 693.4.3.2 Erhoehung der Triebkraft fur den Membrantransport 703.4.4 Membranadsorber 703.4.5 Katalytisch aktive Membranen 713.4.6 Kommerzielle oberflachenmodifizierte Membranen 723.5 Schlussfolgerungen und Ausblick 733.6 Abkurzungen fur Polymere 733.7 Literatur 744 Vliesstoffe fur Membranen 77Thomas Beeskow4.1 Einfuhrung 774.2 Vliesstoffe 794.2.1 Herstellungsprozesse 794.2.1.1 Bildung des Flachengebildes 794.2.1.2 Verfestigung des Flachengebildes 834.2.1.3 Optionale abschliessende Behandlung des Flachengebildes 854.2.2 Aufrollung 854.2.3 Rohstoffe fur die Vliesstoffherstellung 864.3 Stutzvliesstoffe fur Membranen 874.3.1 Beschichtungstrager mit direkter Membranverankerung 874.3.1.1 Gleichmassigkeit 914.3.1.2 Defektfreiheit und Fasereinbindung 924.3.1.3 Haftung auf Vliesstoffen 934.3.1.4 Chemikalien- und Temperaturstabilitat sowie mechanische Stabilitat 954.3.1.5 Einfluss von Umrollung und Konfektionierung 964.3.1.6 Filtrationsproduktrelevante Bestimmungen fur Stutzvliesstoffe 974.3.1.7 Beschichtungstrager und Membranleistung 974.3.2 Stutz- und Drainageschichten 984.3.2.1 Gleichmassigkeit, Defektfreiheit und Fasereinbindung 994.4 Ausblick 1004.5 Literatur 1015 Keramische Membranen und Hohlfasern 103Ingolf Voigt und Stefan Tudyka5.1 Keramische Membranen 103Ingolf Voigt5.1.1 Einleitung 1035.1.1.1 Historie der keramischen Membranen 1045.1.1.2 Aufbau keramischer Membranen 1045.1.2 Poroese keramische Trager (Supporte) 1065.1.2.1 Rohrfoermige poroese keramische Trager 1075.1.2.2 Platten- und scheibenfoermige poroese keramische Trager 1095.1.3 Membranen 1105.1.3.1 Makro- und mesoporoese Membranen 1105.1.3.2 Mikroporoese Membranen 1145.1.3.3 Dichte Membranen 1205.1.4 Module 1225.1.4.1 Rohrmodule 1225.1.4.2 Plattenmodule 1235.1.4.3 Rotationsfilter 1245.1.5 Trends 1255.1.5.1 Kapillaren und Hohlfasern 1255.1.5.2 Kompositmembranen 1265.1.5.3 Mikrofabrikation 1275.1.6 Literatur 1285.2 Keramische Hohlfasern 129Stefan Tudyka5.2.1 Einfuhrung 1295.2.1.1 Markt 1295.2.1.2 Membrangeometrien 1305.2.2 Forschungs- und Entwicklungsaktivitaten 1315.2.2.1 Angrenzende Forschungs- und Entwicklungsaktivitaten 1335.2.3 Hohlfaserherstellung 1345.2.3.1 Lyocell-/Alceruverfahren 1355.2.3.2 Polysulfonverfahren 1355.2.3.3 Spinnprozess und Hohlfasergeometrie 1375.2.3.4 Formgebung 1395.2.3.5 Trocknen 1395.2.3.6 Sintern 1395.2.4 Charakterisierung 1405.2.4.1 Morphologie und Geometrie 1405.2.4.2 Biegebruchspannung 1405.2.4.3 Vibrationsbestandigkeit 1415.2.4.4 Berstdruck 1415.2.4.5 Wasserpermeation 1415.2.5 Beschichtung 1425.2.6 Modultechnik 1435.2.6.1 Schleuderpotten und Standpotten 1445.2.7 Literatur 1456 Medizintechnik 147Bernd Krause, Hermann Goehl und Frank Wiese6.1 Einleitung 1476.2 Nierenersatztherapie 1486.2.1 Membranen in der Nierenersatztherapie 1496.2.2 Struktureigenschaften von Dialysemembranen 1516.2.3 Transporteigenschaften von Dialysemembranen 1546.2.4 Hamokompatibilitat von Dialysemembranen 1566.2.5 Betriebsarten in der Nierenersatztherapie 1576.2.6 Ultrafiltrationsmembranen zur Dialysat- und Infusat- Aufbereitung 1596.3 Blutfraktionierung 1606.3.1 Therapeutische Plasmapherese 1616.3.2 Plasmafraktionierung 1676.3.3 Adsorptive Plasmareinigung 1696.4 Blutoxygenation 1706.4.1 Prinzip des Gastransportes 1716.4.2 Membranen/Membraneigenschaften 1726.4.3 Herstellung von Oxygenationsmembranen 1746.4.4 Betriebsweisen und Membrananordnung im Oxygenator 1776.4.5 Die extrakorporale Zirkulation 1796.5 Grosstechnische Herstellung von Membranen und Filtern in der Medizintechnik 1806.5.1 Membranherstellung 1816.5.2 Dialysatormontage 1836.5.3 Integritatstest und Qualitatskontrolle 1866.5.4 Sterilisation 1866.6 Literatur 1877 Membranen fur biotechnologische Prozesse 189Ina Pahl, Dieter Melzner und Oscar-W.

Membranverfahren.

herausgegeben von Klaus Ohlrogge und Katrin Ebert.

Klaus Ohlrogge

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