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mit Gaseinschlüssen bzw. gasgefüllten inneren Hohlräumen versehenen, gemahlenen vulkanischen Gesteins verwendet werden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter und auf die Verwendung desselben für eine bestimmte Art von Anschwemmfiltern.
Als Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter werden heute in erster Linie verschiedene Sorten von Kieselgur und daneben verschiedene Gemische von Kieselgur und Asbestfasem und verschiedene Sorten eines vorgemahlenen und dann durch Erhitzen bis knapp unter den Schmelzpunkt bimssteinartig aufgeblähten und anschliessend feingemahlenen, im wesentlichen aus Aluminiumsilikat bestehenden vulkanischen Gesteins eingesetzt. Die letztgenannten, aus Gesteinskörnchen bestehenden Filterhilfsmittel haben im Vergleich zu Kieselgur eine relativ niedrige Adsorptionsfähigkeit und werden daher haupt- sächlich dort eingesetzt, wo an die Klärwirkung keine allzu hohen Ansprüche gestellt werden, also z.
B. zur Abwasserfiltration, in Filtrieranlagen für Schwimmbäder und für industrielle Filtrationszwecke, beispielsweise zum Filtrieren von Lösungsmitteln, Farbstoffen, Gelatine usw. Ein weiteres bevorzugtes Einsatzgebiet der aus Gesteinskörnchen bestehenden Filterhilfsmittel ist ihre Verwendung als körniger, zur Auflockerung des Trubkuchens und damit zur Vermeidung eines allzu raschen Druckanstieges während der Filtration dienender Zusatzstoff zum Unfiltrat.
Für diesen Zweck werden die aus Gesteinskörnchen bestehenden Filterhilfsmittel auf dem gesamten Gebiet der Anschwemmfiltration - also auch in Bereichen, wo an die Klärwirkung hohe und höchste Ansprüche gestellt werden - eingesetzt, weil für die Auflockerung des Trubkuchens in erster Linie die strukturellen Eigenschaften des als Auflockerungsmittel verwendeten Zusatzstoffes massgebend sind, an die Adsorptionsfähigkeit des Zusatzstoffes jedoch keine besonderen Anforderungen gestellt werden.
Dagegen wird zur Anschwemmung der sogenannten Primäranschwemmschicht bei Anschwemmfiltern jedenfalls überall dort, wo an die Klärwirkung höhere Ansprüche gestellt werden, insbesondere z. B. bei der Bierfiltration, praktisch ausschliesslich Kieselgur oder aber ein Gemisch von Kieselgur und Asbestfasern benützt.
Gerade in diesem Bereich der Anschwemmfiltration, wo an die Klärwirkung der filtrierenden Schicht ausserordentlich hohe Anforderungen gestellt werden, trat jedoch insbesondere bei Kerzenfiltern mit hängenden Filterkerzen und einer unterhalb der unteren Enden der Filterkerzen liegenden Zuführung für das Unfiltrat immer wieder das Problem auf, dass die Klärwirkung den gestellten Ansprüchen nicht genügte und insbesondere sporadisch während der Filtration Verunreinigungen im Filtrat zu beobachten waren. Der Grad dieser Verunreinigungen lässt sich z.
B. bei der Bierfiltration sehr genau aus der Anzahl der in einer Volumeinheit des Filtrats enthaltenen Hefeteilchen, die durch eine Membranprobe sichtbar gemacht und dann ausgezählt werden können, feststellen, und da bei der Bierfiltration für die maximal zulässige Anzahl der in einer Volumeinheit des Filtrats enthaltenen Hefeteilchen bestimmte Anforderungen bestehen, gibt eine solche Überprüfung auf Verunreinigungen bzw. eine solche Feststellung des Grades der beobachteten Verunreinigungen auch gleichzeitig Auskunft darüber, ob die Verunreinigung noch innerhalb der zulässigen Toleranz liegt oder die Klärwirkung den gestellten Anforderungen bereits nicht mehr genügt, und häufig wurden bei den erwähnten sporadisch auftretenden Verunreinigungen die zulässigen Toleranzgrenzen, wenn auch nur kurzfristig, überschritten.
Man hat daher schon seit langem Untersuchungen über die Ursachen dieser sporadisch auftretenden Verun- reinigungen angestellt und unter anderem erkannt, dass dieselben auf sogenannte Durchbrüche, d. h. ein Zusammenbrechen der von den die Primäranschwemmschicht bildenden Filterhilfsmittelteilchen über den Durchflussöffnungen der die Anschwemmschicht tragenden Filterfläche gebildeten tunneloder domförmigen Hohlräume und ein anschliessendes Durchfallen der ja in ihrer Teilchengrösse wesentlich unter der Öffnungsweite dieser Durchflussöffnungen liegenden Filterhilfsmittelteilchen durch dieselben bis zur Bildung eines neuen solchen Hohlraumes über der Durchflussöffnung, zurückzuführen sind und dass solche Durchbrüche insbesondere bei Druckstössen im Unfiltrat auftreten.
Durch die Vorschrift, Druckstösse und rasche Druckschwankungen beim Filtrierbetrieb durch geeignete Massnahmen auszuschliessen, konnten die sporadisch auftretenden Verunreinigungen bzw. die Häufigkeit des Auftretens derselben auch wesentlich reduziert werden, jedoch traten auch bei absolut druckstossfreiem und druckschwankungslosem Verlauf des Filtrierbetriebes noch immer sporadische Verunreinigungen und damit also solche Durchbrüche auf, deren genaue Ursachen aber bisher nicht bekannt waren.
Man konnte lediglich feststellen, dass in diesen Verun- reinigungen praktisch ausschliesslich sehr feine Filterhilfsmittelteilchen aus dem untersten Teil des Streubereiches der Teilchengrösse enthalten waren und dass die Durchbrüche zum weitaus überwiegenden Teil erst nach einem gewissen Druckanstieg über der Anschwemmschicht bzw. erst nach Ablauf einer Anfangsphase von etwa 10 bis 25% der Gesamtfiltrierdauer einsetzten. Daraus zog man den Schluss, dass an einzelnen Stellen der Filterfläche nur relativ kleine Filterhilfsmittelteilchen angeschwemmt worden sind und daher die dort über den Durchfiussöffnungen gebildeten, aus relativ kleinen Teilchen aufgebauten und aufgrund dessen weniger stabilen bzw.
weniger druckfesten tunnel- oder domförmigen Hohlräume beim Überschreiten einer noch in den Druckbereich, den der während der Filtration ansteigende Druck über der Anschwemmschicht durchläuft, fallenden Druckschwelle zusammengebrochen sind. Die daraufhin unternommenen Versuche, zur Vermeidung solcher - wie man annahm, durch Zufall entstehender und jeweils nur eine oder einige wenige Durchfluss öffnungen umfassender - Stellen der Anschwemmschicht mit ausschliesslich relativ kleinen Filterhilfsmittelteilchen zuerst eine verhältnismässig grobe, keine solchen relativ kleinen Teilchen enthaltende Kieselgur und erst darauf dann eine auch solche kleinen Teilchen enthaltende feinere Kieselgur anzuschwemmen,
führten jedoch weder zu einer Abnahme der Häufigkeit der genannten sporadisch auftretenden Verunreinigungen noch zu Änderungen der durch ausschliesslich sehr kleine Teilchen charakterisierten Zusammensetzung derselben noch zu einer Änderung der Form des Auftretens dieser Verunreinigungen erst nach einem gewissen Druckanstieg über dem Filter und schienen daher den obengenannten Schluss zu widerlegen.
Da die ausschliessliche Verwendung von grober Kieselgur zur Bildung der Primäranschwemmschicht, die infolge des vollständigen Fehlens von relativ kleinen Teilchen sicher zu Aufschlüssen über die Ursachen dieser Verunreinigungen geführt hätte, wegen der Gefahr einer Kuchen-Penetration in die Primäranschwemmschicht und einer dadurch verursachten Verstopfung des Filters von vornherein ausschied und die erwähnten Versuche mit grober und feiner Kieselgur die mit dem obengenannten Schluss angenommene Ursache scheinbar widerlegt hatten, ging man von der Annahme aus, dass doch ganz kurzfristige und daher kaum beobachtbare, z.
B. von der Unfiltratpumpe herrührende Druckstösse die Ursache der sporadischen Verunreinigungen sein müssten, und versuchte daher, durch Mischung verschiedener Kieselgursorten die Stabilität der von der Primäranschwemmschicht über den Durchfiussöffnungen in der Filterfläche gebildeten Hohl
räume zu erhöhen und so ein Filterhilfsmittel zu schaffen, bei dessen Verwendung für die Primäranschwemmschicht praktisch keine Durchbrüche mehr auftreten und damit die genannten sporadischen Verunreinigungen unterdrückt werden können. Und tatsächlich wurden auch bei einigen dieser Mischungen Verbesserungen in Form einer mehr oder weniger grossen Verringerung der Anzahl der während der Filtrierdauer auftretenden sporadischen Verunreinigungen erzielt, aber eine praktisch vollständige oder weitgehende Unterdrükkung dieser Verunreinigungen konnte mit solchen Mischungen verschiedener Kieselgursorten nicht erreicht werden, und ausserdem brachten die wenigen Mischungen, mit denen sich eine mehr als nur unwesentliche Verbesserung erzielen liess, ausnahmslos filtertechnische Nachteile in anderer Hinsicht, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Durchflussrate, mit sich,
die durch diese Verbesserungen nicht aufgewogen wurden und die daher eine Verwendung dieser Mischungen in der Praxis faktisch ausschlossen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter zu schaffen, mit dem die genannten sporadisch auftretenden Verunreinigungen ohne Inkaufnahme anderer filtertechnischer Nachteile vollständig oder zumindest weitgehend unterdrückt werden können und insbesondere die Ursache für die zu diesen Verunreinigungen führenden Durchbrüche behoben werden kann.
Erfindungsgemäss wird das mit einem Filterhilfsmittel für Anschwemmfilter erreicht, das gekennzeichnet ist durch einen Anteil an Filterhilfsmittelteilchen mit einem unter 0,75 liegenden Verhältnis von ihrem auf Wasser bezogenen Teilchenauftrieb zu ihrem Teilchengewicht und einen restlichen Teil der Filterhilfsmittelteilchen mit einem über 0,75 liegenden oder mindestens 0,75 betragenden Verhältnis von ihrem auf Wasser bezogenen Teilchenauftrieb zu ihrem Teilchengewicht.
Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass der obengenannte Schluss auf die Ursachen für die zu den sporadischen Verunreinigungen führenden Durchbrüche doch richtig war und dass der diesen Schluss scheinbar widerlegende mangelnde Erfolg der obenerwähnten Versuche mit grober und anschliessend feiner Kieselgur auf die gleichen Ursachen zurückzuführen war, die auch zu der Bildung der bei dem obengenannten Schluss vorausgesetzten Stellen der Filterfläche mit einer nur aus relativ kleinen Filterhilfsmittelteilchen bestehenden Anschwemmung geführt hatten, nämlich auf eine Verteilung der Filterhilfsmittelteilchen in der Anschwemmschicht mit längs der Filterfläche von unten nach oben mehr und mehr abnehmender durchschnittlicher Teilchengrösse.
Im einzelnen ergab sich, dass am oberen Ende der Filterfläche nur die feinsten Kieselgurteilchen oder bei Verwendung einer groben Kieselgur überhaupt keine Teilchen angeschwemmt wurden und nach unten zu dann die Teilchengrösse der jeweils grössten. an der betrachteten Stelle in der Anschwemmschicht enthaltenen Kieselgurteilchen mehr und mehr zunahm.
Es wurde weiter gefunden, dass diese Verteilung darauf zurückzuführen ist, dass von der das Filterhilfsmittel mit sich führenden, vor ihrem Durchtritt durch die Filterfläche an derselben entlangfliessenden Flüssigkeit auf jedem Streckenabschnitt ein dann durch die Filterfläche hindurchtretender Teil abgezweigt wird und daher die Strömungsgeschwindigkeit der an der Filterfläche entlangfiiessenden Flüssigkeit wegen des gleichbleibenden Strömungsquerschnittes in Strömungsrichtung längs der Filterfläche, d. h. also von unten nach oben kontinuierlich bis nahezu auf Null abnimmt.
Denn da die Filterhilfsmittelteilchen aufgrund ihres Eigengewichts in ruhender Flüssigkeit absinken, können sie in einem nach oben gerichteten Flüssigkeitsstrom mit nach oben zu abfallender Strömungsgeschwindigkeit nur bis zu der Höhe aufsteigen, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes bis auf ihre Sinkgeschwindigkeit abgefallen ist, weil sie in grösserer Höhe und damit also bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes schneller absinken würden, als sie von der Flüssigkeit nach oben getragen werden, und da die Sinkgeschwindigkeit proportional dem Quadrat der Teilchengrösse ist, muss demgemäss die Höhe, bis zu der die einzelnen Filterhilfsmittelteilchen in dem Flüssigkeitsstrom aufsteigen können, umso geringer sein. je grösser die Teilchen sind, womit sich die obenerwähnte Verteilung ergibt.
Um also auch im Bereich des oberen Endes der Filterfläche eine nicht nur feinste Teilchen enthaltende, sondern sich aus feinen und gröberen Teilchen zusammensetzende Anschwemmung zu erhalten und so die Ursachen für die bisher dort aufgetretenen, zu den genannten sporadischen Verunreinigungen führenden Durchbrüche zu beheben, musste demgemäss ein Filterhilfsmittel geschaffen werden, das nicht wie bisher nur feinste, sondern auch gröbere Filterhilfsmittelteilchen mit für das Aufsteigen bis zum oberen Ende der Filterfläche ausreichend geringen, noch unter der in diesem Bereich schon nahezu bis auf Null abgesunkenen Strömungsgeschwindigkeit der entlang der Filterfläche nach oben fliessenden Flüssigkeit liegenden Sinkgeschwindigkeiten enthält, und da sich bei gröberen Teilchen so geringe Sinkgeschwindigkeiten nur erreichen lassen,
wenn ein grosser Teil ihres Eigengewichts durch ihren Auftrieb aufgehoben wird bzw. wenn das Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht in die Nähe von 1 kommt, musste also das zu schaffende Filterhilfsmittel einen Teil von Filterhilfsmittelteilchen mit einem in die Nähe von 1 kommenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht enthalten, wobei sich als gerade noch einen merklichen Effekt erbringender Mindestwert für dieses Verhältnis aus hierzu angestellten Untersuchungen der Wert 0,75 ergeben hat. Wie ersichtlich, beruht also die Erfindung auf einer Kette von aufeinander aufbauenden, grösstenteils nicht vorbekannten Überlegungen und Untersuchungsergebnissen, die dann schlussendlich zu dem mit der vorliegenden Erfindung geschaffenen Filterhilfsmittel geführt haben.
Vorzugsweise sollte bei dem vorliegenden Filterhilfsmittel der Anteil mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht, für den nach dem derzeitigen Stand der Filtrationstechnik auf dem Gebiet der Anschwemmfiltration in erster Linie Kieselgur in Betracht kommt, der gewichtsmässig überwiegende Anteil sein. Zweckmässig sollten auf diesen Anteil mehr als 60%, vorzugsweise 65 bis 90%, des Gesamtgewichts des Filterhilfsmittels entfallen. Aus filtrationstechnischen Gründen sollte dieser in der Regel die Filterhilfsmittelteilchen mit hoher Adsorptionsfähigkeit stellende Anteil zweckmässig auch der volumenmässig überwiegende Anteil sein, wobei vorteilhaft mindestens 55 %, vorzugsweise 60 bis 80%, des gesamten Flüssigkeitsverdrängungsvolumens des Filterhilfsmittels auf diesen Anteil entfallen sollten.
Der restliche Teil der Filterhilfsmittelteilchen sollte zweckmässig - wie oben im Zusammenhang mit den erforderlichen sehr geringen Sinkgeschwindigkeiten dieser Teilchen schon angedeutet - mindestens einen Anteil an Teilchen mit einem über 0,8, vorzugsweise im Bereich von 0,9 bis 1, liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht enthalten.
Zweckmässig sollten ferner mindestens 0,25, vorzugsweise 0,5 bis 30%, des Gesamtgewichts des Filterhilfsmittels auf diesen restlichen Teil der Filterhilfsmittelteilchen entfallen, wobei ein im Bereich von 5 bis 25% liegender Anteil am Gesamtgewicht des Filterhilfsmittels besonders vorteilhaft ist. Um am oberen Ende der Filterfläche ein ausgewogenes Verhältnis zwischen feinen und groben angeschwemmten Teilchen zu erreichen, sollten zweckmässig mindestens 0,25, vorzugsweise 0,5 bis 2%, des Gesamtgewichts des Filterhilfsmittels auf Filterhilfsmittelteilchen mit einem im Bereich von 0,95 bis 1 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht entfallen.
In bezug auf den Volumanteil des besagten restlichen Teiles der Filterhilfsmittelteilchen ist es von Vorteil, wenn mindestens 0,5, vorzugsweise 1 bis 40%, des gesamten Flüssigkeitsverdrängungsvolumens des Filterhilfsmittels auf diesen restlichen Teil entfallen, wobei Volumanteile im Bereich von 5 bis 35% be- vorzugt sind. Zweckmässig sollten dabei mindestens 0,5, vorzugsweise 1 bis 4%, des gesamten Flüssigkeitsverdrängungsvolumens des Filterhilfsmittels auf Filterhilfsmittelteilchen mit einem im Bereich von 0,95 bis 1 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht entfallen.
Wesentlich für filtrationstechnisch gute Eigenschaften der mit dem vorliegenden Filterhilfsmittel zu bildenden Anschwemmschichten ist ferner, dass die Teilchengrössen der zu dem genannten restlichen Teil gehörenden Filterhilfsmittelteilchen über einen Teilchengrössen-Bereich bzw. Streubereich verteilt sind. Eine solche sogenannte statistische Grössenverteilung ist bei natürlichen Teilchen (wie es z. B. die Teilchen der bisher hauptsächlich als Filterhilfsmittel verwendeten Kieselgur sind) von Natur aus gegeben, und bei aus einem Mahlvorgang hervorgehenden Teilchen ergibt sich eine solche Grössenverteilung bzw.
Streuung der Teilchengrössen von selbst, aber bei einer künstlichen Herstellung der den genannten restlichen Teil bildenden Filterhilfsmittelteilchen, wie sie besonders wegen der erforderlichen Eigenschaft eines nahe bei 1 liegenden Verhältnisses von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht bzw. einer nahe bei 1 liegenden Dichte dieser Teilchen mangels entsprechender, auch den übrigen filtrationstechnischen Anforderungen genügender natürlicher Teilchen durchaus in Betracht zu ziehen ist, ist meistens der Streubereich des Herstellungsvorganges, sofern es sich nicht um einen Mahlvorgang handelt, nur relativ gering, und dort sollten dann zweckmässig geeignete Massnahmen zur Erzielung einer solchen statistischen Grössenverteilung der hergestellten Teilchen getroffen werden.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Ausbildung einer stabilen Anschwemmschicht im Bereich des oberen Endes der Filterfläche ist es dabei, wenn das Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht innerhalb des Teilchengrössen-Bereiches bzw. des Streubereiches der Teilchengrösse im Mittel mit zunehmender Teilchengrösse ansteigt und, wenn möglich, an der oberen Grenze des Teilchengrössen-Bereiches nahezu den Wert 1 erreicht. Ein solcher Anstieg des Verhältnisses von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht mit der Teilchengrösse lässt sich bei künstlicher Herstellung der Teilchen beispielsweise dadurch erreichen, dass die Teilchen mit Hilfe eines Blähzusatzes oder einer innerhalb der Teilchen vorhandenen z.
B. bei Wärmebehandlung die Teilchen aufblähenden Komponente mehr oder weniger aufgebläht werden, weil dann - wenn man einmal ein einzelnes Teilchen betrachtet - bei gleichbleibendem Teilchengewicht das Teilchenvolumen mit zunehmender Aufblähung ansteigt und sich damit das Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht mit steigender Teilchengrösse erhöht.
Von Bedeutung für die Stabilität der mit dem vorliegenden Filterhilfsmittel zu bildenden Anschwemmschichten ist weiterhin, dass nicht nur die Teilchengrössen der den genannten restlichen Teil bildenden Filterhilfsmittelteilchen über einen Teilchengrössen-Bereich bzw. Streubereich verteilt sein sollten, sondern zweckmässig natürlich auch die Teilchengrössen der den Anteil mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht bildenden Filterhilfsmittelteilchen innerhalb eines Streubereiches streuen sollten, was aber bei Kieselgur, die ja - wie oben schon erwähnt - in erster Linie für diesen Anteil in Betracht kommt, schon von Natur aus der Fall ist. Vorzugsweise sollten dabei die beiden Streubereiche gleich sein oder sich mindestens teilweise überdecken.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Filterhilfsmittels bestehen die Filterhilfsmittelteilchen des Anteils mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht mindestens zum überwiegenden Teil, vorzugsweise jedoch im wesentlichen ausschliesslich. aus Kieselgur, und die Filterhilfsmittelteilchen des genannten restlichen Teils bestehen aus einem zweckmässig Aluminiumsilikat enthaltenden und vorzugsweise im wesentlichen daraus bestehenden Stoff mit einem über 1 g/cm3 liegenden spezifischen Gewicht und sind mit Gaseinschlüssen bzw. gasgefüllten inneren Hohlräumen versehen.
Vorteilhaft können diese Filterhilfsmittelteilchen des genannten restlichen Teils mindestens teilweise aus Gesteinskörnchen von einem entweder von Natur aus oder künstlich mit Gaseinschlüssen bzw. gasgefüllten inneren Hohlräumen versehenen, bimssteinartig aufgeblähten vulkanischen Gestein bestehen.
Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung des vorliegenden Filterhilfsmittels für Anschwemmfilter, bei denen sich die die Anschwemmung tragende Filterfläche-über einen Bereich mit in unterschiedlichen Höhen liegenden Bereichsgrenzen erstreckt. Von besonderem Vorteil ist dabei die Verwendung des vorliegenden Filterhilfsmittels für die Bildung der Primäranschwemmschicht, und im Prinzip genügt zur Unterdrückung der oben erörterten sporadischen Verunreinigungen bzw. zur Verhinderung der zu diesen führenden Durchbrüche die Verwendung des vorliegenden Filterhilfsmittels ausschliesslich für die Primäranschwemmschicht, jedoch kann das vorliegende Filterhilfsmittel auch mit Vorteil für die kontinuierliche Beigabe von Filterhilfsmittel zum Unfiltrat während des Filtrierbetriebes verwendet werden.
Mit besonderem Vorteil kann das vorliegende Filterhilfsmittel für Kerzenfilter mit hängenden Filterkerzen und einer unterhalb der unteren Enden der Filterkerzen liegenden Zuführung für das Unfiltrat verwendet werden, und zwar insbesondere zur Bierfiltration, denn bei der Bierfiltration mit Kerzenfiltern gelingt es bei Verwendung des vorliegenden Filterhilfsmittels, mit Sicherheit praktisch sämtliche Hefeteilchen auszufiltrieren und damit ein von Hefeteilchen vollständig freies Filtrat garantieren zu können. Als Filterhilfsmittelteilchen werden dabei zweckmässig für den Anteil mit unter 0,75 liegendem Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht Kieselgur und für den restlichen Teil Gesteinskörnchen eines mit Gaseinschlüssen bzw.
gasgefüllten inneren Hohlräumen versehenen, gemahlenen vulkanischen Gesteins verwendet.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der nachstehenden Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Filterhilfsmittelteilchens in einem aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom sowie der auf dasselbe wirkenden Kräfte,
Fig. 2a bis 2d Querschnitte durch charakteristische Ausbildungsformen der Filterhilfsmittelteilchen mit einem über 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht,
Fig. 3a und 3b eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht eines typischen Kieselgurteilchens als charakteristische Ausbildungsform der Filterhilfsmittelteilchen mit einem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht,
Fig.
4 ein Diagramm des Verlaufes der auf eine Bezugsgrösse do bezogenen maximalen Teilchengrösse dT der Filterhilfsmittelteilchen, die bei einer Teilchendichte DT in einer Flüssigkeit mit der Dichte DF bzw. bei einem Teilchengewicht G und einem Teilchenauftrieb A in der Flüssigkeit bis zur Höhe x an einer Filterfläche mit der Gesamthöhe h aufsteigen können, über x/h im doppelt logarithmischen Massstab mit DT/DF und A/G als Parameter, wobei do die Teilchengrösse derjenigen Teilchen ist, die bei einer Teilchendichte von 2 g/cm3 (also etwa der Teilchendichte von Kieselgurteilchen) in Wasser gerade noch bis zum unteren Ende der Filterfläche aufsteigen können.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wirken auf ein Filter hilfsmittelteilchen in dem entlang der Filterfläche fliessenden, aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom als nach unten gerich tete Kraft G-A das um den Teilchenauftrieb A verminderte Teilchengewicht G und als nach oben gerichtete Kraft W die sich nach dem Stokesschen Gesetz ergebende, der Zähigkeit q der Flüssigkeit, und der Teilchengrösse dT sowie der Relativgeschwindigkeit (VF-VT) der Flüssigkeit gegenüber dem Teilchen mit dem Formfaktor c (der z.
B. bei einem kugelförmigen Teilchen gleich 6 sr ist) proportionale Reibungskraft W = c 1 dT(vF-Vb. Die Teilchengeschwindigkeit VT stellt sich nun so ein, dass sich zwischen diesen beiden Kräften ein Gleichgewichtszustand ergibt, dass also G-A = W = c# W = dT (VF-VT) wird und sich somit eine Teilchengeschwindigkeit AG vT = c#dT (A-1) einstellt. Die Teilchengeschwindigkeit VT wird dementsprechend dann Null, wenn das Teilchen an der Filterfläche so weit aufgestiegen ist, dass die längs der Filterfläche nach oben zu abnehmende Strömungsgeschwindigkeit VF der entlang der Filterfläche nach oben fliessenden Flüssigkeit bis auf VF = A GVF = abgesunken ist.
Unter c#dTVF = (A-1) der Voraussetzung eines gleichmässigen Durchsatzes der durch die Filterfläche hindurchtretenden Flüssigkeit über der gesamten Filterfläche nimmt nun die Strömungsgeschwindigkeit VF der längs der Filterfläche nach oben fliessenden Flüssigkeit von einer Anfangsgeschwindigkeit v0 am unteren Ende der Filterfläche an nach oben zu linear bis auf Null am oberen Ende der Filterfläche ab, so dass sich also bei einer Gesamthöhe h der Filterfläche in einer Höhe x vom unteren Ende der Filterfläche aus eine Strömungsgeschwindigkeit VF = vo(1-x) der längs der Filterfläche nach oben fliessenden Flüs h sigkeit ergibt. Die Anfangsgeschwindigkeit v0 ist dabei z. B.
bei Kerzenfiltern mit hängenden Filterkerzen, für die das vorliegende Filterhilfsmittel in erster Linie in Betracht kommt, gleich vo = Nk/(qk-Zkqk), wenn mit Nk die Leistung des Kerzenfilters bzw. das durch dasselbe hindurchfliessende Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit, mit qK der Querschnitt des Filterkessels, mit Zk die Anzahl der Filterkerzen in dem Filter und mit qk der Querschnitt einer solchen Kerze bezeichnet wird.
Aus der oben angegebenen Strömungsgeschwindig AG keit VF= c#dT (-1) der entlang der Filterfläche nach oben keit dT A fliessenden Flüssigkeit, bei der die Teilchengeschwindigkeit VT eines Teilchens mit der Teilchengrösse dT, dem Teilchenauftrieb A und dem Teilchengewicht G gleich Null wird, und der ebenfalls oben angegebenen Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit VF = v,(l-X) von der Höhe x ergibt sich somit h für die Höhe x, bei der die Teilchengeschwindigkeit eines Teilchens mit den vorgenannten Eigenschaften Null wird und bis zu der also ein solches Teilchen höchstens ansteigen kann, die Beziehung vo(1- h) = A ( G -1), und aus dieser Be- h cqd# A ziehung lassen sich nun umgekehrt die Teilcheneigenschaften ermitteln,
mit denen ein Filterhilfsmittelteilchen noch bis zur Höhe x aufsteigen kann. Denn da der Teilchenauftrieb A gleich dem Produkt aus dem Teilchenvolumen VT und der Flüssigkeitsdichte DF ist und das Teilchenvolumen VT jedenfalls bei den für das vorliegende Filterhilfsmittel in Betracht kommenden Filterhilfsmittelteilchen proportional dT3 ist (wobei allerdings der Proportionalitätsfaktor k für verschiedene Teilchensorten, insbesondere für die beiden Teilchensorten mit dem über und dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht, verschieden ist) und ferner das Verhältnis G/A von Teilchengewicht G zu Teilchenauftrieb A unabhängig von der Teilchengrösse dT ist, weil das Teilchengewicht gleich dem Produkt aus dem Teilchenvolumen VT und der Teilchendichte DT und somit das Verhältnis G/A nur von dem Dichteverhältnis DT/DF abhängig ist,
lässt sich aus der vorgenannten Beziehung die maximale Teilchengrösse dT der Filterhilfsmittelteilchen, die bis zur Höhe x aufsteigen können, ableiten:
EMI5.1
Definiert man als Bezugsteilchengrösse do zu
EMI5.2
wobei sich für Kerzenfilter die Bezugsteilchengrösse do zu
EMI5.3
ergibt. dann folgt für die maximale Teilchengrösse dT der Filterhilfsmittelteilchen, die bis zur Höhe x aufsteigen können
EMI5.4
Die Grössenwerte von dT/dO sind für verschiedene, in dem in Betracht kommenden Bereich liegende Parameterwerte von DT/DF und A/G aus dem Diagramm in Fig. 4 ersichtlich.
Im einzelnen ist in der obigen Formel für dT/do - wie sich schon aus den vorangegangenen Erläuterungen ergibt - mit dT die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen, die an der Filterfläche bis zur Höhe x aufsteigen können, mit x diese Höhe bzw. der Abstand der betrachteten Stelle auf der Filterfläche vom unteren Ende derselben. mit h die Gesamthöhe der Filterfläche, mit A der Teilchenauftrieb, mit G das Teilchengewicht, mit DT die Teilchendichte, mit DF die Flüssigkeitsdichte und mit do ein im folgenden noch näher zu erläuternder Bezugswert der Teilchengrösse bezeichnet.
Mit x 0 und DT/DF = 2 ergibt sich aus der oben für dT/do angegebenen Formel dT/do = 1 und damit also do = dT.
d. h. do ist die maximale Teilchengrösse von Filterhilfsmittelteilchen mit einer relativen Dichte DT/DF =2, die bis zur Höhe x= O und damit also bis zum unteren Ende der Filter- fläche aufsteigen können. Für die Filtration von Wasser oder einer Flüssigkeit mit etwa gleicher Dichte wie Wasser, wie z. B.
Bier, bedeutet das, dass do die maximale Grösse von Filterhilfsmittelteilchen mit einer Dichte von 2 g/cm3 ist, die gerade noch bis zum unteren Ende der Filterfläche aufsteigen können, und da die Teilchendichte von Kieselgurteilchen, jedenfalls soweit sie kalziniert sind, im Mittel etwa 2 g/cm3 beträgt, ist also do die maximale Teilchengrösse von Kieselgurteilchen, die gerade noch bis zum unteren Ende der Filterfiä- che, also z. B. der Filterkerzen, ansteigen können.
Nun lässt sich mit Sicherheit sagen, dass bei einem richtig bemessenen Filter nicht schon ein Teil des zugeführten Filterhilfsmittels in der zugeführten Flüssigkeit absinken bzw. sedimentieren darf, bevor er überhaupt das untere Ende der Filterfläche bzw. im vorgenannten Beispiel die unteren Kerzenenden erreicht hat, d. h. do wird mit Sicherheit oberhalb des Streubereiches der in der Regel als Filterhilfsmittel benutzten Kieselgur liegen, und da Kieselgur einen Streubereich der Teilchengrösse von 1 bis 60#u hat, wird do jedenfalls bei einem richtig bemessenen Filter sicher grösser als 60 # sein.
Auf der anderen Seite wür- den nach den derzeit vorliegenden Erkenntnissen die obener wähnten, zu den genannten sporadischen Verunreinigungen führenden Durchbrüche überhaupt nicht auftreten, wenn bei spielsweise do ca. 500 # oder noch grösser wäre, weil dann aus den im folgenden erläuterten Gründen auch am oberen Ende der Filterfläche noch in ausreichender Menge Kieselgur teilchen mit genügender Teilchengrösse angeschwemmt würden, um über den Durchflussöffnungen in der Filterfläche stabile, dem Druckanstieg während der Filtrationsdauer standhaltende Hohlräume aufzubauen.
Man kann daher damit rechnen, das do bei den im Einsatz befindlichen, mit Kieselgur als Filterhilfsmittel betriebenen Anschwemmfiltern, insbesondere Kerzenfiltern, etwa im Bereich zwischen 80 und 400u liegt.
Aus der obigen Formel für dT/do würde sich theoretisch am oberen Ende der Filterfläche mit x = h für dT der Wert Null ergeben, was bedeuten würde, dass an das obere Ende der Filterfläche überhaupt keine Filterhilfsmittelteilchen mehr gelangen könnten. Praktisch ist aber das obere Ende der Filterfläche der oberste Spalt bzw. die oberste Lochreihe derselben, und durch diesen bzw. diese fliesst ein der Anzahl nk der Spalten bzw.
Lochreihen in der Filterfläche umgekehrt proportionaler Teil der gesamten durch die Filterfläche hindurchfiies- senden Flüssigkeit, so dass also die Geschwindigkeit der auf diesen obersten Spalt bzw. die oberste Lochreihe zu fliessenden Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung ein nk-tel der Anfangsgeschwindigkeit v0 am unteren Ende der Filterfläche beträgt.
Aus der oben angeführten Beziehung VF = v0(1#hx) ergibt sich somit mit VF = vO/nk für (l#xh) am oberen Ende der Filterfläche
EMI6.1
und damit ergibt sich für dT/do am oberen Ende der Filterfläche dT/do= l/A/nk(DT/D¯l), d. h. die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen am oberen Ende der Filterfläche verhält sich zur maximalen Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen am unteren Ende der Filterfläche wie 1 /#. Da nun die Anzahl der Spalte bzw.
Lochreihen beispielsweise bei Filterkerzen in der Regel zwischen 10 und 25 pro Zentimeter Filterkerzenlänge liegt und die Länge der Filterkerzen durchschnittlich etwa 1 Meter ist und somit nk bei Filterkerzen im Bereich von ca. 1000 bis ca. 2500 liegt, nimmt demgemäss die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen längs der Filterkerze von unten bis oben auf 1/32 bis 1/50 ihres Wertes am unteren Kerzenende ab, wobei der Verlauf, wie aus der obigen Formel für dT/do in Abhängigkeit von x/h ersichtlich, parabolisch ist und die stärkste Abnahme der Teilchengrösse, wie übrigens auch Fig. 4 zeigt, im Bereich des oberen Kerzenendes liegt.
Da nun bei Kieselgur als Filterhilfsmittel, wie oben schon erläutert, die maximale Teilchengrösse am unteren Kerzenende ungefähr do ist, würde sich für do = 500 M eine maximale Teilchengrösse am oberen Kerzenende von 10 bis 15 x ergeben, und bei solchen maximalen Teilchengrössen am oberen Kerzenende wären die tatsächlich aufgetretenen Probleme mit den Durchbrüchen sicher oder zumindest sehr wahrscheinlich nicht aufgetreten, so dass also dz bei den im Einsatz befindlichen Kerzenfiltern sicher um einiges unter 500,u liegen dürfte und wahrscheinlich im Bereich von 80 bis 100in liegt.
Aus der oben angeführten Beziehung dT/d0 = l/\/nk(DT/DF-l) für die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen am oberen Ende der Filtertläche lässt sich ferner ableiten, wie weit die Teilchendichte DT verringert werden muss, um eine Erhöhung der maximalen Teilchengrösse dT der Filterhilfsmittelteilchen am oberen Ende der Filterfläche bis auf dos d. h. bis etwa auf die maximale Teilchengrösse von Kieselgurteilchen am unteren Ende der Filterfläche zu erreichen.
Dafür ergibt sich aus der vorgenannten Beziehung mit dT/dO = 1 eine Teilchendichte DT = Dz(1 + 1/nu), d. h. für eine so grosse Erhöhung der maximalen Teilchengrösse am oberen Ende der Filterfläche dürfte die Teilchendichte DT nur um Bruchteile von Promillen über der Flüssigkeitsdichte DF liegen. Praktisch bedeutet das, dass der genannte restliche Teil der Filterhilfsmittelteilchen mit dem über 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht mindestens einen Anteil an Teilchen mit praktisch gleicher Teilchendichte wie der Flüssigkeitsdichte enthalten müsste, wenn das Filterhilfsmittel der Forderung genügen soll, dass an jeden Punkt der Filterfläche Filterhilfsmittelteilchen aus dem gesamten Streubereich der Teilchengrösse gelangen können.
Diese Forderung wird aber auch dann erfüllt, wenn das Filterhilfsmittel anstelle der Teilchen mit praktisch gleicher Teilchendichte wie der Flüssigkeitsdichte oder zusätzlich zu diesen Filterhilfsmittelteilchen mit unter der Flüssigkeitsdichte liegender Teilchendichte enthält, allerdings sollte sich in diesem Fall die Teilchendichte nur wenig, zweckmässigerweise weniger als 5 %, von der Flüssigkeitsdichte unterschei- den, da sonst die Teilchen mit unter der Flüssigkeitsdichte liegender Teilchendichte nicht mehr an der Filterfläche angeschwemmt würden, sondern in der Flüssigkeit aufsteigen und dann z. B. bei einem Kerzenfilter den Raum unter der für die Filterkerzen vorgesehenen Tragplatte verstopfen würden.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass in den vorliegenden Ausführungen ganz generell mit dem Begriff Teilchendichte das Verhältnis von Teilchengewicht zu Flüssigkeitsverdrängungsvolumen des Teilchens und nicht etwa die Dichte des Stoffes, aus dem das Teilchen besteht, gemeint ist, dass also die Teilchendichte bei Gaseinschlüssen in dem Teilchen je nach Volumen dieser Gaseinschlüsse unter Umständen beträchtlich niedriger als die Stoffdichte des das Teilchen bildenden Stoffes liegen kann.
Zur Behebung der Ursachen für die eingangs erwähnten.
zu den genannten sporadischen Verunreinigungen führenden Durchbrüche ist jedoch die Erfüllung der Bedingung, dass an jeden Punkt der Filterfläche Filterhilfsmittelteilchen aus dem gesamten Streubereich der Teilchengrösse gelangen können, nicht erforderlich, sondern zur Behebung dieser Ur sachen reicht es meistens schon aus, wenn die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen, die am oberen Ende der Filtertläche angeschwemmt werden, um einen Faktor p, der etwa im Bereich zwischen 2 und 8 liegen sollte, erhöht wird.
Aus der oben angeführten Beziehung dT/do = l/A/nk(DT/DF-l) für die maximale Teilchengrösse der Filterhilfsmittelteilchen am oberen Ende der Filterfläche lässt sich nun ableiten, dass eine solche Erhöhung um den Faktor p dann erzielt wird, wenn die Dichtedifferenz (DT,-DF) zwischen der mittleren Teilchendichte DTI der den Anteil mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht bildenden Filterhilfsmittelteilchen und der Flüssigkeitsdichte DF das p2fache der Dichtedifferenz (DT2-DF) zwischen der mittleren Teilchendichte DT2 der den restlichen Teil mit dem über 0,75 liegenden oder mindestens 0,75 betragenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht bildenden Filterhilfsmittelteilchen und der Flüssigkeitsdichte DF beträgt, bzw.
wenn (DT2-DF)= -(DT1-DF) ist. Wenn also beispielsweise für den Anteil der pê Filterhilfsmittelteilchen mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht Kieselgur verwendet wird, die eine mittlere Teilchendichte DTT = 2 g/cm3 hat, und zur Anschwemmung der Primäranschwemmschicht wie üblich Wasser mit der Dichte DF = 1 g/cm3 benutzt wird, dann ergibt sich für die mittlere Teilchendichte DT2 des restlichen Teils der Filterhilfsmittelteilchen DT2 = (1 + 1/p2) g/cm3.
Mit einem mittleren Erhöhungsfaktor p = 5, wie er beispiels weise bei einem Kerzenfilter mit n, = 2500 und do = #u bei maximaler Filterleistung und Kieselgur als Filterhilfsmittel und somit einer maximalen Teilchengrösse der Kieselgurteilchen am oberen Kerzenende von dT= 1,6 M zweckmässig wäre, würde sich damit für die mittlere Teilchendichte der den genannten restlichen Teil bildenden Filterhilfsmittelteilchen DT = 1,04 g/cm3 ergeben.
Als Material für die Filterhilfsmittelteilchen mit dem über 0,75 liegenden oder mindestens 0,75 betragenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht kommt in erster Linie ein schon im Handel befindliches Filterhilfsmittel in Betracht, das aus Gesteinskörnchen eines Gaseinschlüsse aufweisenden vulkanischen Gesteins besteht. Zur Herstellung dieses Filterhilfsmittels wird das vulkanische Gestein zunächst vorgemahlen und dann rasch bis knapp unter seinen Schmelzpunkt erhitzt.
Durch diese Erhitzung wird in dem Gestein befindliches, im Rohzustand des Gesteins molekular gebundenes Wasser freigesetzt und in Dampf verwandelt, und dieser im Gestein eingeschlossene Dampf bläht die nahezu auf ihren Schmelzpunkt erhitzten und daher schon leicht plastischen Gesteinskörner auf den 2- bis 3fachen Durchmesser zu kleinen Gesteinskügelchen auf, die dann nach Abkühlung fein gemahlen werden. Die aus diesem Feinmahlvorgang hervorgehenden Gesteinskörnchen bilden dann das Filterhilfsmittel.
Da das im Rohgestein enthaltene Wasser molekular gebunden ist, bilden sich bei dem Aufblähvorgang keine grösseren Gasblasen, sondern eine Vielzahl sehr kleiner Gasbläschen im Gestein, so dass auch die aus dem Feinmahlvorgang hervorgehenden, das Filterhilfsmittel bildenden Gesteinskörnchen jeweils noch eine grosse Anzahl von Gaseinschlüssen bzw. gasgefüllten inneren Hohlräumen aufweisen. Die Anzahl dieser Gaseinschlüsse bzw.
Gasbläschen pro Gewichtseinheit ist bei allen Gesteinskörnchen im wesentlichen gleich, aber die Grösse der Gasbläschen streut bei den verschiedenen Gesteinskörnchen über einen gewissen Bereich, und ausserdem ist die Lage dieses Streubereiches von der Verfahrensführung bei dem Autblähvorgang abhängig. Daher lässt sich durch Variation von Erhitzungsdauer und/oder Temperaturabstand vom Schmelzpunkt die mittlere Grösse der Gaseinschlüsse bzw. Gasbläschen in den Gesteinskörnchen und damit die mittlere Teilchendichte der Gesteinskörnchen in relativ weiten Grenzen variieren. Die Fig. 2a bis 2d zeigen Querschnitte von verschiedenen solchen Gesteinskörnchen mit unterschiedlicher Teilchendichte.
Die einzelnen Gesteinskörnchen haben im wesentlichen in allen drei Dimensionen etwa gleiche Abmessungen, so dass ihr oben schon im Zusammenhang mit der Reibungskraft W erwähnter Formfaktor c mit einem um 20 herum liegenden Wert etwa dem Formfaktor Kugel =6.7 eines kugelförmigen Teilchens entspricht.
Im Unterschied dazu ist die Raumform von Kieselgurteilchen, von denen ein charakteristisches Exemplar in den Fig. 3a und 3b in Draufsicht und Seitenansicht gezeigt ist, eher plattenförmig, so dass die in der Regel den genannten Anteil mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht bildenden Kieselgurteilchen einen anderen Formfaktor c haben, der etwa dem eines plattenförmigen Rotationsellipsoids entspricht. Bei dem aus Gesteinskörnchen der vorstehend beschriebenen Art bestehenden, im Handel befindlichen Filterhilfsmittel liegt die mittlere Teilchendichte in der Regel etwa im Bereich von 1,02 bis 1,06 g/cm3 und einem Streubereich der Teilchengrösse von etwa 10 bis 50#, und die Gesteinskörnchen bestehen im wesentlichen aus Aluminiumsilikat.
Als Material für die Filterhilfsmittelteilchen mit dem unter 0,75 liegenden Verhältnis von Teilchenauftrieb zu Teilchengewicht kommt in erster Linie Kieselgur in Betracht, und zwar hauptsächlich die ebenfalls im Handel befindlichen kalzinierten und fiux-kalzinierten Kieselgursorten.
Bei einer Ausführungsform des vorliegenden Filterhilfsmittels, mit dem eine ausserordentlich stabile und auch gegen Druckstösse relativ unempfindliche Anschwemmschicht erzielt werden konnte und bei dessen Verwendung die eingangs erwähnten, sporadisch auftretenden Verunreinigungen vollständig unterbunden werden konnten und das Filtrat praktisch völlig frei von Hefeteilchen war bzw. die Anzahl der Hefeteilchen pro Volumeinheit des Filtrats weit unter den üblicherweise gestellten Anforderungen lag, ist das Filterhilfsmittel aus einem Gemisch von 60 bis 90 Gew. % flux-kalzinierter Kieselgur und 10 bis 40 Gew.% der zuvor beschriebenen Gesteinskörnchen zusammengesetzt.
Es ist in diesem Zusammenhang noch zu erwähnen, dass für die Bierfiltration, bei der sich das vorliegende Filterhilfsmittel insbesondere hinsichtlich einer beträchtlichen Herabsetzung der Anzahl der im Filtrat enthaltenen Hefeteilchen auf praktisch vernachlässigbar geringe Werte besonders gut bewährt hat, wesentlich höhere Anteile an Gesteinskörnchen als 40 Gew. % nicht zweckmässig sind, weil die Gesteinskörnchen keine hohe Adsorptionsfähigkeit haben und die Hefeteilchen daher praktisch ausschliesslich von den eine sehr hohe Adsorptionsfähigkeit besitzenden Kieselgurteilchen adsorbiert werden;
der Volumanteil der Kieselgurteilchen am Gesamtvolumen des Filterhilfsmittels sollte daher zweckmässig nicht unter 40% liegen, damit die erwähnte praktisch vollständige Ausfiltration der Hefeteilchen gewährleistet bleibt, und da sich bei 40 Vol. Kieselgur wegen der höheren Dichte von Kieselgur ein Gewichtsanteil der Kieselgur von ca. 56 Gew. % ergibt, folgt daraus, dass der Gewichtsanteil der Gesteinskörnchen nicht wesentlich über 40 Gew. % liegen sollte.
Zu erwähnen ist ferner noch, dass das vorliegende Filterhilfsmittel nicht nur für die Bildung der Primäranschwemmschicht, für die es besonders gut geeignet ist, sondern mit Vorteil auch als kontinuierliche Beigabe zum Unfiltrat verwendet werden kann und dass sich in diesem Fall nicht nur sehr stabile und gleichmässige Primäranschwemmschichten ergeben, sondern die gesamte Anschwemmschicht sehr gleichmässig wird und insbesondere auch am oberen Ende der Anschwemmschicht noch eine gute Auflockerung erreicht wird, was alles bisher bei der Verwendung von ausschliesslich aus Kieselgur bestehenden Filterhilfsmitteln nicht der Fall war.
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with gas inclusions or ground volcanic rock filled with gas-filled inner cavities.
The invention relates to a filter aid for precoat filters and to the use of the same for a certain type of precoat filters.
Various types of diatomaceous earth and, in addition, various mixtures of diatomaceous earth and asbestos fibers and various types of a pre-ground volcanic rock, which is then puffed and then finely ground and then finely ground, essentially consisting of aluminum silicate, are used as filter aids for precoat filters. The latter filter aids, consisting of stone granules, have a relatively low adsorption capacity compared to diatomaceous earth and are therefore mainly used where the clarification effect is not too demanding, e.g.
B. for wastewater filtration, in filtration systems for swimming pools and for industrial filtration purposes, for example for filtering solvents, dyes, gelatin, etc. Another preferred area of application of the filter aids consisting of stone granules is their use as a granular additive to the unfiltrate, which serves to loosen the cake and thus to avoid an excessively rapid increase in pressure during the filtration.
For this purpose, the filter aids consisting of stone granules are used in the entire area of precoat filtration - i.e. also in areas where high and highest demands are made on the clarifying effect - because the structural properties of the cake are loosened primarily to loosen the cake Additive are decisive, but no special requirements are placed on the adsorbability of the additive.
On the other hand, for precoating the so-called primary precoat for precoat filters, in any case wherever higher demands are placed on the clarifying effect, in particular, for. B. used in beer filtration, practically exclusively kieselguhr or a mixture of kieselguhr and asbestos fibers.
Especially in this area of precoat filtration, where the clarifying effect of the filtering layer is subject to extremely high demands, the problem that the clarifying effect always occurred, particularly in the case of candle filters with hanging filter candles and a feed for the unfiltrate located below the lower ends of the filter candles did not meet the requirements and, in particular, contamination in the filtrate was observed sporadically during the filtration. The degree of these contaminants can e.g.
B. in beer filtration, determine very precisely from the number of yeast particles contained in one volume unit of the filtrate, which can be visualized by a membrane sample and then counted, and since in beer filtration determined the maximum permissible number of yeast particles contained in one volume unit of the filtrate There are requirements, such a check for contamination or Such a determination of the degree of contamination observed also provides information at the same time as to whether the contamination is still within the permissible tolerance or the clarifying effect no longer meets the requirements, and the permissible tolerance limits for the sporadically occurring impurities mentioned frequently became, even if only for a short time , exceeded.
It has therefore long been investigated the causes of these sporadically occurring impurities and recognized, among other things, that they are based on so-called breakthroughs, ie. H. a collapse of the tunnel or dome-shaped cavities formed by the filter auxiliary particles forming the primary precoat layer above the flow-through openings of the filter surface carrying the precoat and a subsequent falling through of the filter aid particles, which are essentially below the opening size of these flow-through openings, through them until the formation of a new such cavity above the flow-through opening , are to be attributed and that such breakthroughs occur particularly in the event of pressure surges in the unfiltrate.
Due to the requirement to exclude pressure surges and rapid pressure fluctuations during filtering by suitable measures, the sporadically occurring impurities or the frequency of the occurrence of the same can also be significantly reduced, but sporadic impurities and thus breakthroughs still occurred even when the filtering operation was absolutely free of pressure surges and without fluctuations, the exact causes of which were previously unknown.
It could only be ascertained that these impurities contained practically exclusively very fine filter aid particles from the lowest part of the scattering range of the particle size and that the breakthroughs for the most part only after a certain pressure increase over the precoat or use only after an initial phase of about 10 to 25% of the total filtering time. From this, it was concluded that only relatively small filter aid particles were washed up at individual points on the filter surface and therefore the relatively small particles formed there above the through-flow openings and therefore less stable or
Less pressure-resistant tunnel-shaped or dome-shaped cavities collapsed when a pressure threshold falling within the pressure range through which the pressure rising during the filtration passes through the precoat layer collapsed. The attempts then undertaken to avoid such - as it was assumed - randomly occurring and in each case only one or a few flow openings - places of the precoat with exclusively relatively small filter aid particles first a relatively coarse diatomaceous earth containing no such relatively small particles and only then then to wash up a finer diatomaceous earth containing such small particles,
however, did not lead to a decrease in the frequency of the sporadically occurring impurities mentioned, to changes in the composition thereof characterized by only very small particles, or to a change in the form of the occurrence of these impurities only after a certain pressure increase across the filter and therefore seemed to be the above conclusion refute.
Since the exclusive use of coarse diatomaceous earth for the formation of the primary precoat layer, which, due to the complete absence of relatively small particles, would have led to conclusions about the causes of these contaminants, because of the risk of cake penetration into the primary precoat layer and a blockage of the filter caused thereby retired from the outset and the experiments mentioned with coarse and fine diatomaceous earth had apparently refuted the cause assumed with the above conclusion, it was assumed that very short-term and therefore hardly observable, e.g.
B. Pressure surges originating from the unfiltrate pump should be the cause of the sporadic impurities, and therefore tried, by mixing different types of kieselguhr, the stability of the cavity formed by the primary precoat layer above the flow openings in the filter surface
increase spaces and thus create a filter aid, when used for the primary precoat there are practically no breakthroughs and thus the sporadic contamination mentioned can be suppressed. Indeed, improvements in the form of a more or less great reduction in the number of sporadic impurities occurring during the filtering period have also been achieved with some of these mixtures, but a virtually complete or extensive suppression of these impurities could not be achieved with such mixtures of different types of diatomaceous earth, and also brought about the few mixtures with which a more than insignificant improvement could be achieved, without exception filter-technical disadvantages in other respects, in particular with regard to the achievable flow rate,
which were not offset by these improvements and which therefore virtually precluded the use of these mixtures in practice.
The invention was therefore based on the object of providing a filter aid for precoat filters with which the sporadically occurring impurities mentioned can be completely or at least largely suppressed without accepting other filter disadvantages and in particular the cause of the breakthroughs leading to these impurities can be eliminated.
According to the invention, this is achieved with a filter aid for precoat filters, which is characterized by a proportion of filter aid particles with a ratio of their water-based particle buoyancy to their particle weight below 0.75 and a remaining part of the filter aid particles with or at least above 0.75 0.75 ratio of their water-based particle buoyancy to their particle weight.
It was surprisingly found that the above conclusion was correct for the causes of the breakthroughs leading to the sporadic contamination and that the apparently contradicting lack of success of the above-mentioned experiments with coarse and subsequently fine diatomaceous earth was due to the same causes, which also led to the formation of the points of the filter surface presupposed at the above conclusion with an alluvial layer consisting only of relatively small filter aid particles, namely to a distribution of the filter aid particles in the precoat layer with an increasingly decreasing average particle size along the filter surface from bottom to top.
Specifically, it was found that only the finest kieselguhr particles were washed up at the upper end of the filter surface, or no particles at all when using a coarse kieselguhr, and then down to the particle size of the largest. diatomaceous earth particles contained in the precoat layer increased more and more.
It was further found that this distribution is due to the fact that a part then passing through the filter surface is diverted from the liquid carrying the filter aid along each section of the route before it passes through the filter surface and therefore the flow velocity of the other Liquid flowing along the filter surface due to the constant flow cross-section in the flow direction along the filter surface, i. H. that is, it decreases continuously from bottom to top to almost zero.
Because the filter aid particles sink due to their own weight in quiescent liquid, they can only rise in an upward-looking liquid flow with a decreasing flow rate up to the level at which the flow speed of the liquid flow has dropped to its sinking speed because it is greater The height and therefore the lower the flow rate of the liquid flow would drop faster than they are carried by the liquid, and since the sinking speed is proportional to the square of the particle size, the height to which the individual filter aid particles can rise in the liquid flow must accordingly , the lower. the larger the particles, which gives the above-mentioned distribution.
Accordingly, in order to obtain not only the finest particles, but also the fine and coarser particles, in the area of the upper end of the filter surface, and thus to eliminate the causes of the breakthroughs that have previously occurred there and lead to the aforementioned sporadic impurities, it was necessary accordingly a filter aid is created that does not only have the finest, but also coarser filter aid particles with sufficiently low for the ascent to the upper end of the filter surface, still below the flow rate of the liquid flowing along the filter surface that has almost dropped to zero in this area contains sink rates, and since coarser particles can only achieve such low sink speeds,
if a large part of their own weight is lifted by their buoyancy or If the ratio of particle buoyancy to particle weight comes close to 1, the filter aid to be created had to contain a portion of filter aid particles with a ratio of particle buoyancy to particle weight coming close to 1, the minimum value for which still had a noticeable effect this ratio from the studies carried out for this resulted in a value of 0.75. As can be seen, the invention is thus based on a chain of considerations and test results which are largely based on one another and which are largely unknown, and which ultimately led to the filter aid created with the present invention.
In the present filter aid, the proportion with the particle buoyancy to particle weight ratio below 0.75, for which diatomaceous earth primarily comes into consideration according to the current state of filtration technology in the area of precoat filtration, should preferably be the predominant proportion by weight. This proportion should expediently account for more than 60%, preferably 65 to 90%, of the total weight of the filter aid. For reasons of filtration technology, this portion, which generally constitutes the filter aid particles with a high adsorption capacity, should expediently also be the predominant portion in terms of volume, advantageously at least 55%, preferably 60 to 80%, of the total liquid displacement volume of the filter aid.
The remaining part of the filter aid particles should expediently - as already indicated above in connection with the required very low sinking speeds of these particles - at least a proportion of particles with a particle buoyancy ratio of more than 0.8, preferably in the range from 0.9 to 1 Particle weight included.
At least 0.25%, preferably 0.5 to 30%, of the total weight of the filter aid should also be expediently accounted for by this remaining part of the filter aid particles, a proportion in the range of 5 to 25% of the total weight of the filter aid being particularly advantageous. In order to achieve a balanced ratio between fine and coarse washed-up particles at the upper end of the filter surface, at least 0.25, preferably 0.5 to 2%, of the total weight of the filter aid should expediently lie on filter aid particles with a range of 0.95 to 1 The ratio of particle buoyancy to particle weight is eliminated.
With regard to the volume fraction of said remaining part of the filter aid particles, it is advantageous if at least 0.5, preferably 1 to 40%, of the total liquid displacement volume of the filter aid is accounted for by this remaining part, with volume fractions in the range from 5 to 35%. are preferred. At least 0.5, preferably 1 to 4%, of the total liquid displacement volume of the filter aid should expediently be attributed to filter aid particles with a particle buoyancy to particle weight ratio in the range of 0.95 to 1.
It is also essential for the properties of the precoat layers to be formed with the present filter aid that are good in terms of filtration technology that the particle sizes of the filter aid particles belonging to the above-mentioned remaining part have a particle size range or Spreading area are distributed. Such a so-called statistical size distribution is in the case of natural particles (as e.g. B. the particles of the diatomaceous earth which has hitherto been used mainly as filter aids are inherent, and in the case of particles resulting from a grinding process, such a size distribution or
Scattering of the particle sizes by itself, but in the case of an artificial production of the filter aid particles forming the remaining part mentioned, as is particularly the case because of the required property of a ratio of particle buoyancy to particle weight close to 1 or If the density of these particles is close to 1 due to the lack of appropriate natural particles that also meet the other filtration requirements, the range of the manufacturing process, unless it is a grinding process, is usually only relatively small, and then there should be Appropriately suitable measures are taken to achieve such a statistical size distribution of the particles produced.
With regard to the formation of a stable precoat in the area of the upper end of the filter surface, it is particularly advantageous if the ratio of particle buoyancy to particle weight within the particle size range or the range of the particle size increases on average with increasing particle size and, if possible, almost reaches the value 1 at the upper limit of the particle size range. Such an increase in the ratio of particle buoyancy to particle weight with the particle size can be achieved in the case of artificial production of the particles, for example, in that the particles are expanded with the aid of a blowing agent or a z.
B. in the case of heat treatment, the particle-swelling component is more or less inflated because then - if one looks at a single particle - the particle volume increases with increasing particle size and the ratio of particle buoyancy to particle weight increases with increasing particle size.
It is also important for the stability of the precoat layers to be formed with the present filter aid that not only the particle sizes of the filter aid particles forming the remaining part mentioned over a particle size range or Scattering area should be distributed, but of course also the particle sizes of the filter aid particles forming the proportion with the ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75 should be scattered within a scattering area, but this is primarily the case with diatomaceous earth, which - as already mentioned above - is for this part, is inherently the case. The two scattering areas should preferably be the same or at least partially overlap.
In a particularly preferred embodiment of the present filter aid, the filter aid particles consist of the portion with the ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75 at least for the most part, but preferably essentially exclusively. diatomaceous earth, and the filter aid particles of the remaining part consist of an expediently containing aluminum silicate and preferably essentially consisting of a substance with a specific gravity above 1 g / cm 3 and are gas inclusions or gas-filled internal cavities.
Advantageously, these filter aid particles of the remaining part mentioned can at least partially consist of rock grains either naturally or artificially with gas inclusions or gas-filled inner cavities, pumice-like inflated volcanic rock.
The invention further relates to a use of the present filter aid for precoat filters in which the filter surface carrying the precoat extends over an area with area boundaries lying at different heights. The use of the present filter aid for the formation of the primary precoat is particularly advantageous, and in principle it is sufficient to suppress the sporadic impurities or To prevent the breakthroughs leading to these, the use of the present filter aid exclusively for the primary precoat layer, however, the present filter aid can also be used advantageously for the continuous addition of filter aid to the unfiltrate during the filtering operation.
The present filter aid for candle filters with hanging filter candles and a feed for the unfiltrate located below the lower ends of the filter candles can be used with particular advantage, in particular for beer filtration, because with beer filtering with candle filters, the present filter aid can be used with certainty to filter out practically all yeast particles and thus to be able to guarantee a filtrate completely free of yeast particles. As filter aid particles, diatomaceous earth is expediently used for the fraction with a ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75 and for the rest of the aggregate one with gas inclusions or
ground volcanic rock filled with gas-filled inner cavities.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures below using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of a filter aid particle in an upward liquid flow and the forces acting on it,
Fig. 2a to 2d cross sections through characteristic forms of the filter aid particles with a ratio of particle buoyancy to particle weight above 0.75,
Fig. 3a and 3b are a top view and a side view of a typical kieselguhr particle as a characteristic embodiment of the filter aid particles with a ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75,
Fig.
4 shows a diagram of the course of the maximum particle size dT of the filter aid particles, based on a reference quantity do, which, at a particle density DT in a liquid with the density DF or with a particle weight G and a particle buoyancy A in the liquid up to the height x on a filter surface with the total height h, over x / h on a double logarithmic scale with DT / DF and A / G as parameters, where do the particle size of those particles with a particle density of 2 g / cm3 (i.e. about the particle density of diatomaceous earth particles) in water can just rise up to the lower end of the filter surface.
As in Fig. 1 schematically shown, act on a filter of auxiliary particles in the upward liquid stream flowing along the filter surface as the downward force GA, the particle weight G reduced by the particle buoyancy A and as the upward force W the resultant according to Stokes law, the Viscosity q of the liquid, and the particle size dT and the relative velocity (VF-VT) of the liquid compared to the particle with the form factor c (the z.
B. for a spherical particle is 6 sr) proportional friction force W = c 1 dT (vF-Vb. The particle velocity VT is now such that there is an equilibrium state between these two forces, i.e. GA = W = c # W = dT (VF-VT) and thus a particle velocity AG vT = c # dT (A-1 ) sets. The particle velocity VT accordingly becomes zero when the particle on the filter surface has risen to such an extent that the flow velocity VF of the liquid flowing upwards along the filter surface has decreased to VF = A GVF =.
Under c # dTVF = (A-1) assuming a uniform throughput of the liquid passing through the filter area over the entire filter area, the flow velocity VF of the liquid flowing upward along the filter area now increases from an initial speed v0 at the lower end of the filter area Too linearly down to zero at the upper end of the filter surface, so that with a total height h of the filter surface at a height x from the lower end of the filter surface, a flow velocity VF = vo (1-x) of the rivers flowing upwards along the filter surface h liquid results. The initial speed v0 is z. B.
for candle filters with hanging filter candles, for which this filter aid is primarily considered, equal to vo = Nk / (qk-Zkqk), if with Nk the performance of the candle filter or the liquid volume flowing through it per unit of time, with qK the cross-section of the filter kettle, with Zk the number of filter candles in the filter and with qk the cross-section of such a candle.
From the above-mentioned flow velocity AG speed VF = c # dT (-1) of the liquid flowing up along the filter surface speed dT A, at which the particle speed VT of a particle with the particle size dT, the particle buoyancy A and the particle weight G becomes zero , and the above-mentioned dependency of the flow velocity VF = v, (lX) on the height x thus gives h for the height x, at which the particle velocity of a particle with the aforementioned properties becomes zero and up to which such a particle at most the relationship vo (1- h) = A (G -1), and from this relationship cqd # A the particle properties can be determined in reverse,
with which a filter aid particle can still rise up to height x. Because the particle buoyancy A is equal to the product of the particle volume VT and the liquid density DF and the particle volume VT is in any case proportional to the filter aid particles suitable for the present filter aid dT3 (although the proportionality factor k for different types of particles, in particular for the two types of particles with the above and below 0.75 ratio of particle buoyancy to particle weight, is different) and furthermore the ratio G / A of particle weight G to particle buoyancy A is independent of the particle size dT, because the particle weight is equal to the product of the particle volume VT and the particle density DT and thus the ratio G / A is only dependent on the density ratio DT / DF,
the maximum particle size dT of the filter aid particles, which can rise up to height x, can be derived from the above relationship:
EMI5. 1
One defines as reference particle size do zu
EMI5. 2nd
the reference particle size do increases for candle filters
EMI5. 3rd
results. then follows for the maximum particle size dT of the filter aid particles, which can rise up to height x
EMI5. 4th
The size values of dT / dO are for different parameter values of DT / DF and A / G from the diagram in Fig. 4 can be seen.
In detail, in the above formula for dT / do - as can already be seen from the preceding explanations - with dT is the maximum particle size of the filter aid particles that can rise up to the height x on the filter surface, with x this height or the distance of the point under consideration on the filter surface from the lower end of the same. with h the total height of the filter surface, with A the particle buoyancy, with G the particle weight, with DT the particle density, with DF the liquid density and with do a reference value of the particle size to be explained in more detail below.
With x 0 and DT / DF = 2, the formula dT / do = 1 given above for dT / do results in do = dT.
d. H. do is the maximum particle size of filter aid particles with a relative density DT / DF = 2, which can rise up to the height x = O and thus up to the lower end of the filter area. For the filtration of water or a liquid with approximately the same density as water, such as. B.
Beer, does this mean that do is the maximum size of filter aid particles with a density of 2 g / cm3, which can just rise to the lower end of the filter area, and since the particle density of diatomaceous earth particles, at least as far as they are calcined, is on average 2 g / cm3, is the maximum particle size of diatomaceous earth particles that just reach the bottom of the filter surface, e.g. B. of the filter candles.
It can now be said with certainty that if the filter is correctly sized, some of the filter aid supplied does not already sink into the liquid supplied or may sediment before it even touches the lower end of the filter surface or has reached the lower candle ends in the above example, d. H. do will surely be above the scattering range of the diatomaceous earth which is generally used as a filter aid, and since diatomaceous earth has a scattering range of particle size from 1 to 60 # u, do will certainly be larger than 60 # if the filter is correctly dimensioned.
On the other hand, according to the currently available knowledge, the above-mentioned breakthroughs leading to the sporadic impurities mentioned would not occur at all if, for example, approx. 500 # or even larger because, for the reasons explained below, a sufficient amount of diatomaceous earth particles with sufficient particle size would then also be washed onto the upper end of the filter surface in order to build up stable cavities above the flow openings in the filter surface that withstand the pressure increase during the filtration period .
It can therefore be expected that the precoat filters in use, which use diatomaceous earth as filter aids, in particular candle filters, will be in the range between 80 and 400μ.
The above formula for dT / do would theoretically result in zero at the upper end of the filter area with x = h for dT, which would mean that no filter aid particles could reach the upper end of the filter area at all. In practice, however, the upper end of the filter surface is the uppermost gap or the top row of holes, and through this or this flows into the number nk of columns or
Rows of holes in the filter surface are the inversely proportional part of the total liquid flowing through the filter surface, so that the speed of the top gap or the uppermost row of holes for the liquid to flow in the upward direction is one nth of the initial velocity v0 at the lower end of the filter surface.
The relationship VF = v0 (1 # hx) given above gives VF = vO / nk for (l # xh) at the upper end of the filter area
EMI6. 1
and thus for dT / do at the upper end of the filter area dT / do = l / A / nk (DT / D¯l), d. H. the maximum particle size of the filter aid particles at the upper end of the filter area relates to the maximum particle size of the filter aid particles at the lower end of the filter area as 1 / #. Since the number of columns or
Rows of holes, for example in the case of filter candles, are generally between 10 and 25 per centimeter of filter candle length and the length of the filter candles is on average about 1 meter and thus nk in the case of filter candles in the range of approx. 1000 to approx. 2500, accordingly the maximum particle size of the filter aid particles along the filter candle decreases from bottom to top to 1/32 to 1/50 of their value at the lower end of the candle, the course, as from the above formula for dT / do depending on x / h can be seen, is parabolic and the greatest decrease in the particle size, as incidentally also Fig. 4 shows in the area of the upper end of the candle.
Since the maximum particle size at the lower candle end is now approximately do with diatomaceous earth as a filter aid, for do = 500 M there would be a maximum particle size at the upper candle end of 10 to 15 times, and with such maximum particle sizes at the upper candle end If the problems with the breakthroughs that actually occurred were certain or at least very likely not to have occurred, so that dz with the candle filters in use is likely to be a lot less than 500 u and is probably in the range from 80 to 100 in.
From the above-mentioned relationship dT / d0 = l / \ / nk (DT / DF-l) for the maximum particle size of the filter aid particles at the upper end of the filter surface, it can also be deduced how far the particle density DT has to be reduced in order to increase the maximum particle size dT of the filter aid particles at the upper end of the filter surface down to dos d. H. to reach about the maximum particle size of diatomaceous earth particles at the lower end of the filter area.
For this, the particle relationship DT = Dz (1 + 1 / nu) results from the aforementioned relationship with dT / dO = 1, d. H. for such a large increase in the maximum particle size at the upper end of the filter area, the particle density DT should only be a fraction of a thousandth of a percent above the liquid density DF. In practice this means that the remaining part of the filter aid particles with the ratio of particle buoyancy to particle weight above 0.75 should contain at least a part of particles with practically the same particle density as the liquid density if the filter aid is to meet the requirement that at every point of the filter surface can reach filter aid particles from the entire scatter range of the particle size.
However, this requirement is also met if the filter aid contains instead of the particles with practically the same particle density as the liquid density or in addition to these filter aid particles with a particle density below the liquid density, but in this case the particle density should only be small, expediently less than 5%. , differentiate from the liquid density, since otherwise the particles with a particle density below the liquid density would no longer be washed up on the filter surface, but would rise in the liquid and then, for. B. in the case of a candle filter, the space under the support plate provided for the filter candles would clog.
In this context, it should be pointed out that in the present explanations, the term particle density generally refers to the ratio of particle weight to liquid displacement volume of the particle and not, for example, the density of the substance from which the particle is made, i.e. the particle density in gas inclusions in Depending on the volume of these gas inclusions, the particle may be considerably lower than the consistency of the substance forming the particle.
To remedy the causes of the aforementioned.
Breakthroughs leading to the mentioned sporadic impurities, however, do not have to meet the condition that filter aid particles can reach any point on the filter surface from the entire scattering range of the particle size, but to eliminate these causes it is usually sufficient if the maximum particle size of the Filter aid particles, which are washed up at the upper end of the filter surface, are increased by a factor p, which should be in the range between 2 and 8.
From the relationship dT / do = l / A / nk (DT / DF-l) given above for the maximum particle size of the filter aid particles at the upper end of the filter area, it can now be deduced that such an increase by the factor p is achieved if the density difference (DT, -DF) between the mean particle density DTI, the filter aid particles forming the portion with the ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75 and the liquid density DF being p2 times the density difference (DT2-DF) between the mean particle density DT2 of the remaining part with the ratio of particle buoyancy to particle weight-forming filter aid particles and the liquid density DF which is above 0.75 or at least 0.75, or
if (DT2-DF) = - (DT1-DF). If, for example, for the proportion of pê filter aid particles with a ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75, diatomaceous earth is used, which has an average particle density DTT = 2 g / cm3, and water, with the density DF =, is applied to the primary precoat as usual 1 g / cm3 is used, then the average particle density DT2 of the remaining part of the filter aid particles DT2 = (1 + 1 / p2) g / cm3.
With an average increase factor p = 5, such as appropriate for a candle filter with n, = 2500 and do = #u with maximum filter performance and diatomaceous earth as a filter aid and thus a maximum particle size of the diatomaceous earth particles at the upper candle end of dT = 1.6 M would result in DT = 1.04 g / cm3 for the average particle density of the filter aid particles forming the remaining part mentioned.
The material for the filter aid particles with the ratio of particle buoyancy to particle weight which is above 0.75 or at least 0.75 is primarily a filter aid which is already commercially available and consists of stone granules of a volcanic rock having gas inclusions. To produce this filter aid, the volcanic rock is first pre-ground and then quickly heated to just below its melting point.
As a result of this heating, water which is molecularly bound in the raw state of the rock is released and converted into steam, and this steam enclosed in the rock expands the granules, which have been heated to their melting point and are therefore slightly plastic, too small to 2 to 3 times the diameter Stone balls, which are then finely ground after cooling. The rock granules resulting from this fine grinding process then form the filter aid.
Since the water contained in the raw rock is molecularly bound, no larger gas bubbles form during the inflation process, but rather a large number of very small gas bubbles in the rock, so that the granules resulting from the fine grinding process, which form the filter aid, also each contain a large number of gas inclusions or have gas-filled internal cavities. The number of these gas inclusions or
Gas bubbles per unit weight are essentially the same for all rock granules, but the size of the gas bubbles spread over a certain range for the different rock granules, and the location of this scattering zone is also dependent on the process control during the blowing process. Therefore, by varying the heating time and / or temperature distance from the melting point, the average size of the gas inclusions or Gas bubbles in the rock granules and thus the average particle density of the rock granules vary within relatively wide limits. The Fig. 2a to 2d show cross sections of different such granules with different particle density.
The individual granules have essentially the same dimensions in all three dimensions, so that their form factor c already mentioned above in connection with the frictional force W with a value around 20 is approximately the form factor ball = 6. 7 corresponds to a spherical particle.
In contrast, the spatial shape of diatomaceous earth particles, of which a characteristic example in the Fig. 3a and 3b is shown in plan view and side view, rather plate-shaped, so that the above-mentioned portion with the below 0.75 ratio of particle buoyancy to particle weight forming diatomaceous earth particles have a different form factor c, which corresponds approximately to that of a plate-shaped ellipsoid of revolution. In the case of the commercial filter aid consisting of granules of the type described above, the average particle density is generally in the range from 1.02 to 1.06 g / cm 3 and a range of particle size from approximately 10 to 50 #, and the rock granules consist essentially of aluminum silicate.
The material for the filter aid particles with the ratio of particle buoyancy to particle weight below 0.75 is primarily diatomaceous earth, mainly the calcined and fiux-calcined types of diatomaceous earth which are also commercially available.
In one embodiment of the present filter aid, with which an extraordinarily stable precoat layer which was also relatively insensitive to pressure surges could be achieved and when used, the sporadic impurities mentioned at the outset could be completely prevented and the filtrate was practically completely free of yeast particles or the number of yeast particles per unit volume of the filtrate was far below the usual requirements, the filter aid is a mixture of 60 to 90 wt. % flux-calcined diatomaceous earth and 10 to 40 wt. % of the aggregates described above.
It should also be mentioned in this connection that for beer filtration, in which the present filter aid has proven itself particularly well, in particular with regard to a considerable reduction in the number of yeast particles contained in the filtrate to practically negligible values, significantly higher proportions of rock granules than 40% by weight . % are not expedient because the rock granules do not have a high adsorption capacity and the yeast particles are therefore practically adsorbed exclusively by the diatomaceous earth particles which have a very high adsorption capacity;
the volume proportion of the diatomaceous earth particles in the total volume of the filter aid should therefore not be less than 40%, so that the mentioned practically complete filtration of the yeast particles is guaranteed, and since 40 vol. Diatomaceous earth due to the higher density of diatomaceous earth a weight percentage of diatomaceous earth of approx. 56 wt. %, it follows that the weight fraction of the rock granules does not significantly exceed 40 wt. % should be.
It should also be mentioned that the present filter aid can be used not only for the formation of the primary precoat layer, for which it is particularly well suited, but also advantageously as a continuous addition to the unfiltrate, and that in this case it is not only very stable and uniform Primary precoat layers result, but the entire precoat layer becomes very uniform and, particularly at the upper end of the precoat layer, a good loosening is achieved, which was previously not the case when using filter aids consisting exclusively of diatomaceous earth.