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2025-10-15T10:52:01Z

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[[Datei:Validation process in tangential flow filtration system.png|alternativtext=Techniker justiert ein Tangentialflussfiltrationssystem, um Präzision und optimale Leistung in biotechnologischen Prozessen sicherzustellen.|mini|Validierungsprozess im Tangentialflussfiltrationssystem]]
Die '''Tangentialflussfiltration''', auch '''Tangential-Flow-''', '''Querstrom-''' oder '''Cross-Flow-Filtration''' genannt, ist eine Methode zum [[Filtration (Trennverfahren)|Filtrieren]] von Flüssigkeiten. Sie wird in der [[chemische Industrie|chemischen]], [[Lebensmittel]]- und [[Pharmahersteller|Pharmaindustrie]] angewandt. Anders als bei der [[Kuchenfiltration]], die ebenfalls zur Gruppe der [[Oberflächenfilter|Oberflächenfiltration]] gehört, wird bei der Tangentialflussfiltration die Bildung eines [[Filterkuchen]]s weitgehend vermieden.

Eine Sonderform der Tangentialflussfiltration stellt die [[Diafiltration]] dar.

In der Natur kommt die Querstromfiltration bei [[plankton]]<nowiki/>filtrierenden Tieren vor, z. B. bei [[Fische]]n in der [[Kiemenreuse]], und bei der Entfernung [[harnpflicht]]iger Stoffe aus dem Blut über das [[Nierenkörperchen|Glomerulum]] der [[Nieren]].

Eine bekannte Anwendung ist der [[Fallrohrfilter]] zur [[Regenwassernutzung]]. Hier wird ein Teil der Rohrwandung eines Regenfallrohrs durch ein Sieb oder ein Gitter ersetzt. Das an der Rohrwandung herablaufende Wasser tritt durch das Gitter hindurch und wird aufgefangen, während Laub und Ähnliches am senkrecht montierten Sieb hinabgeleitet und mit dem restlichen Regenwasser in die Kanalisation gespült wird.

== Prinzip ==
[[Datei:Cross-flow-de.svg|miniatur|Tangentialflussfiltration (Schema)]]
Bei der Querstromfiltration wird die zu filtrierende [[Suspension (Chemie)|Suspension]] mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 bis 3 m/s parallel einer [[Membrantechnik|Membran]] oder eines Filtermediums gepumpt und das [[Permeat]] (auch Filtrat genannt) ''quer'' zur Fließrichtung abgezogen. Die aufgrund der [[turbulente Strömung|turbulenten Strömung]] an der Filteroberfläche auftretenden [[Scherkraft|Scherkräfte]] lassen sich in Abhängigkeit vom [[Volumenstrom]] variieren.

Durch die hohe Geschwindigkeit wird weitgehend vermieden, dass sich ein Filterkuchen (Deckschicht oder [[Fouling (Membrantechnik)|Fouling]]) aus den abzutrennenden Feststoffpartikeln auf der Membran aufbaut. Er würde den Filtrationswiderstand und damit den [[Druckverlust]] über den Filter erhöhen, was mit einem höheren apparativen und energetischen Aufwand verbunden wäre.

Während bei [[Kuchenfiltration|gewöhnlichen Filtern]] die abzuscheidenden Feststoffe als Filterkuchen gewonnen werden, kann in der Querstromfiltration der Feststoff nur soweit konzentriert werden, dass die [[Suspension (Chemie)|Suspension]] noch pumpbar ist; das Filtrat ist in beiden Fällen frei von Feststoffen. Der die Membran nicht passierende Teil des Flüssigkeitsstroms wird [[Retentat]] genannt.

== Bauweisen ==
Im Gegensatz zu [[Filtration (Trennverfahren) #Statische Filtration|statischen Filtrationstechniken]] ist die Tangentialflussfiltration in der Lage, Flüssigkeiten mit relativ hohen [[Trubstoff]]<nowiki/>gehalten zu klären.

Besonders dafür geeignet sind [[Hohlfaser]]n (Kapillarmembran oder auch Hohlfäden genannt), deren Leistungsfähigkeit noch durch den [[Pinch-Effekt (Strömungslehre)|Pinch-Effekt]] verstärkt wird. Eine übliche Hohlfaser hat einen Innendurchmesser von ca. 1,5 mm (3,0 mm bis 0,1 [[Meter #Mikrometer|µm]] möglich) und eine [[Pore]]ngröße von 200 bis 5 [[Meter #nm|nm]] (2000 nm bis 1,0 nm möglich). Je nach Anwendung werden hunderte bis tausende [[Kapillare]]n in Modulen zusammengefasst und vergossen (Hohlfasermodule). Mit Hilfe einer [[Zirkulationspumpe]] wird das unfiltrierte Produkt solange durch die Kapillaren zirkuliert, bis die [[Trubstoff]]e im [[Retentat]] so konzentriert sind, dass eine Entleerung und [[Reinigung (Instandhaltung)|Reinigung]] erforderlich wird.

== Einsatzgebiete ==
Bevorzugte Einsatzgebiete sind Bereiche, in denen mit hohem Partikelaufkommen oder großen [[Konzentrationspolarisation|Konzentrationsgradienten]] gerechnet werden muss. Durch das permanente Abströmen des Retentats stellt sich bei nicht weiterem Konzentrieren ein Gleichgewichtswert ein, der lange gehalten werden kann.

Große Bedeutung hat die Tangentialflussfiltration in der
*[[Getränkefiltration]] und
*[[Dialyse]],
aber auch in allen anderen Bereichen der Membrantechnik:
*[[Mikrofiltration]]
*[[Ultrafiltration]]
*[[Nanofiltration]]
*[[Gastrennung]]
*[[Pervaporation]]
*[[Umkehrosmose]].

== Wirtschaftlichkeit ==
[[Datei:Vergleich des Energiebedarfs verschiedener Abwasserreinigundsverfahren.png|mini|Energiebedarf verschiedener Abwasserreinigungsverfahren]]
Charakteristische Merkmale der Tangentialflussfiltration sind die weitgehende Eliminierung von [[Filterhilfsmittel]]n, d. h. ihrer Beschaffung, Lagerung, Handhabung und Entsorgung, sowie die rasche, arbeitsextensive und qualitätsschonende Verarbeitung.

Jedoch hat die Tangentialflussfiltration verglichen mit anderen Filtrationstechniken eine geringe [[Energieeffizienz]], ein großer Teil der in die Förderung der Einspeisung (''Feed'') investierten Energie geht nämlich durch das [[Retentat]] verloren. Deshalb wird an Stellen, wo auf Tangentialflussfiltration verzichtet werden kann, immer stärker auf die [[Dead-End-Filtration]] zurückgegriffen.

== Literatur ==
*{{Literatur|Autor=Munir Cheryan|Titel=Handbuch Ultrafiltration|Verlag=B. Behr’s Verlag GmbH&Co|ISBN=3-925673-87-3|Jahr=1990}}
*{{Literatur|Autor=Rautenbach, Robert|Titel=Membranverfahren Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung|Verlag=Springer-Verlag|ISBN=3-540-61573-3|Jahr=1997}}
*{{Literatur|Autor=Staude, Eberhard|Titel=Membranen und Membranprozesse|Verlag=VCH Verlagsgesellschaft mbH|ISBN=3-527-28041-3|Jahr=1992}}

[[Kategorie:Filtrationsverfahren]]
[[Kategorie:Membrantechnik]]
[[Kategorie:Biochemisches Trennverfahren]]
[[Kategorie:Lebensmitteltechnologie]]

Tangentialflussfiltration - Versionsgeschichte

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