DD253243A1 - Verfahren zur erzeugung von kugelfoermigem kieselgel - Google Patents

Abstract

Anwendung findet das Verfahren in der chemischen Industrie, die Verwendung des Kieselgels, beispielsweise in der Lebens- und Genussmittelindustrie. Das erfindungsgemaesse Verfahren laeuft in einer Faellkolonne ab, in der im unteren Bereich eine Fluessigkeit, die sich nicht mit Wasser vermischt, einen hoeheren Dampfdruck und eine hoehere Dichte, aber eine niedrigere Siedetemperatur besitzt, vorhanden ist, in die ein Sol aus Wasserglas und Schwefelsaeure in einem bestimmten Verhaeltnis eingeduest wird und die gelierenden Hydrogelkugeln von unten nach oben, entgegen der Flussrichtung der Fluessigkeit steigen und nach dem Durchstossen einer Phasengrenzflaeche mit dem darueber befindlichen Wasser weiter aufsteigen, anschliessend gespuelt und danach vom Wasser abgeschieden werden. Es folgt eine Fluidisierung in einer Wirbelschicht, in einer Wirbelschichttrocknungsstufe, mit anschliessender Klassierung des Kieselgels.

Description

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eingestellt wird und von Null an regelbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die minimale Geschwindigkeit des oberhalb der Phasengrenzfläche nach oben steigenden Wassers in Abhängigkeit des Durchmessers der größten erzeugten Hydrogelkugeln nach der Beziehung

W_min = 5,62 · d¹-⁵⁰⁰¹ einstellbar und bis zum 10fachen der Austragungsgeschwindigkeit regelbar ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in allen Bereichen der Technik angewendet werden, in denen ölfreies, kugelförmiges Kieselgel benötigt wird; beispielsweise in der Lebens- und Genußmittelindustrie sowie der chemischen Industrie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bisher wird Kieselgel nach dem Fällungsverfahren in einem geeigneten Apparat hergestellt, indem Wasserglas und Schwefelsäure in einem bestimmten Verhältnis zueinander in einer Mischdüse gemischt werden.

Das so entstandene Sol verläßt die Düse und gelangt auf einen Verteilerteller, der sich über einem Ölbad befindet. Das in das Öl abtropfende Sol sinkt aufgrund der Dichtedifferenz als Tropfenschwarm nach unten. Dabei geliert es. Direkt unter dem Ölbad ist ein Wasserbad angeordnet. Die inzwischen gelierten Hydrogelkugeln durchstoßen die Phasengrenzflächen und werden vom darunter strömenden Wasser abtransportiert. Zur Herauslösung des Natriumsulfats aus der Gelstruktur werden die Hydrogelkugeln bis zu 24 h gewässert. Danach werden sie einer Trocknungsstufe zugeführt und bei einer Temperatur von maximal 200⁰C getrocknet. Die Trocknungszeit beträgt ca. 12-24h.

Aus der DE-OS 2220577 ist eine Bandtrocknung zu entnehmen, bei der sich das zu trocknende Gel auf einem endlosen Band bewegt und dabei im Querstrom von Heißluft über- bzw. zum Teil durchströmt wird. Da sich die Gelteilchen auf dem Band in ruhender Schüttung befinden, deren Porosität vom Komspektrum und vom Trocknungsgrad der Teilchen sowie deren Zerfallschüttung abhängig ist, ist eine gleichmäßige Umströmung aller Teilchen und damit eine definierte Einstellung der Triebkraft der Funktion der Gutfeuchte nicht möglich. Nach der Trennung wird das entstandene Kieselgel einer Klassierung unterzogen, wobei Kieselgel und feinkörniges Stückgut entsteht.

Das beschriebene Verfahren zur Trocknung von Hydrogelteilchen nach dem DD-WP 211332 garantiert zwar eine exakte Trocknung in drei Verfahrensstufen, hat aber keinen positiven Einfluß auf die Herstellung und Qualität des Kieselgels.

Folgende Nachteile sind zu nennen:

Verfahrensgemäß muß das Sol, das den Spritzteller verläßt, zunächst durch ein Ölbad fallen. Dadurch kommt es sowohl zur Anlagerung geringer Ölmengen am entstehenden Hydrogel als auch zu Öl-Einschlüssen in den Kugeln. Dieses Öl läßt sich durch die anschließende Wässerungs- und Trocknungsstufe nicht wieder entfernen.

Somit ist das entstandene Kieselgel für bestimmte Prozesse durch seinen Gehalt an Ölspuren nicht mehr verwendbar. Außerdem

führen dieÖlrestezu einer schmutziggelben Farbe des Gels.

Weiterhin wird ein Teil des Öles an der Phasengrenze zum Wasser zu einer Emulsion, somit gelangt eine erhebliche Menge Öl ins Abwasser, was zu Umweltschäden führt.

Da der Spritzteller unter der Mischdüse zum Verkleben neigt, muß dieser und somit die freie Öloberfläche zugänglich sein, was insbesondere bei höheren Temperaturen zur Entwicklung von Dämpfen und damit Umweltbelastungen bzw. Verlusten führt.

Außerdem läßt sich die Kugelgröße der entstehenden Hydrogelkugeln beim beschriebenen Verfahren nur in geringen Grenzen variieren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, Kieselgel mit höheren Gebrauchswerten herzustellen, die sich durch Ölfreiheit, breiten Anwendungsbereich und effektivere Herstellung dokumentieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von kugelförmigem Kieselgel zu entwickeln, welches einen kontinuierlichen Prozeß von der Herstellung, über die Trocknung bis zur Klassierung gestattet und im Ergebnis ein ölf reies Kieselgel liefert, wobei das Verfahren sich durch hohe Produktivität und einstellbare Verfahrensparameter auszeichnen soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das in einer bekannten Fällkolonne abläuft, wobei im unteren Teil eine Flüssigkeit, die sich nicht mit Wasser vermischt, einen höheren Dampfdruck und eine höhere Dichte, aber eine niedrigere Siedetemperatur als Wasser besitzt und im oberen Teil der Fällkolonne Wasser vorgesehen sind. Zwischen den beiden Medien bildet sich eine sogenannte Phasengrenzfläche aus.

Als Flüssigkeit, die nicht mit Wasser vermischbar ist, kann vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff verwendet werden.

In diese Flüssigkeit wird von unten ein Sol, bestehend aus einem Teil Schwefelsäure mit einer Konzentration von 18-31% und zwei Teilen Wasserglas mit einem SiO₂-Gehaltvon 10-20%, eingedüst. Die feinverteilten Teilchen erstarren zu Soltropfen und steigen in dieser Flüssigkeit nach oben und gelieren zu Hydrogelkugeln, wobei die Strömungsrichtung der Flüssigkeit entgegengerichtet ist, also von oben nach unten.

Nach dem Durchstoßen der Phasengrenzfläche steigen die Hydrogelkugeln mit dem sich oberhalb der Phasengrenzfläche befindlichen Wasser in der Fällkolonne nach oben und werden anschließend außerhalb der Fällkolonne vom Wasser getrennt und gespült. Daran schließt sich wieder eine Wasserabscheidung an, und in den folgenden Verfahrensstufen erfolgt eine Fluidisierung der Hydrogelteilchen in einer Wirbelschicht, der Wirbelschichttrocknungsstufe, mit anschließender Klassierung des erzeugten Kieselgels.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Einstell- und Regelbarkeit der maximalen Geschwindigkeit der im oberen Teil der Fällkolonne befindlichen Flüssigkeit. Diese wird in Abhängigkeit von den mittleren Hydrogelkugeldurchmessern und vom Verhältnis der Dichten der Hydrogelkugeln und der nach unten strömenden Flüssigkeit nach der Beziehung

eingestellt und ist von Null an regelbar

Dabei bedeuten:

^n die Dichte des Hydrogels :

ς₅ die Dichte der schweren Flüssigkeit

den Durchmesser der Hydrogelkugeln.

Weiterhin gehört zur Erfindung, daß die minimale Geschwindigkeit des steigenden Wassers im oberen TeH der Fällkolonne gleichfalls einstellbar und bis zum lOfachen der Austragsgeschwindigkeit geregelt werden kann. Die minimale Gechwindigkeit des aufsteigenden Wassers wird in Abhängigkeit des Durchmessers der größten erzeugten Hydrogelkugeln nach der Beziehung

W_min = 5,62 · d¹·⁵⁰⁰¹

eingestellt. Dabei ist d das Maß des größten Hydrogels.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der Erzeugung eines kugelförmigen und ölfreien Kieselgels, das hohe . Gebrauchseigenschaften besitzt und auch in der Lebens- und Genußmittelindustrie verwendet werden kann. Das Verfahren gestattet einen kontinuierlichen Prozeß zur Herstellung des Kieselgels, wobei die Variierung der Korngrößen während des laufenden Produktionsprozesses von besonderem Vorteil ist.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anschließend näher erläutert werden, wobei der Verfahrensablauf mit Hilfe einer in der Zeichnung darstellten Anlage beschrieben wird.

Ein Volumenstrom von beispielsweise 0,3 m³/h Wasserglas mit einem SiO₂-Gehalt von 15% und ein Volumenstrom von 0,15m³/ h Schwefelsäure mit einer Konzentration von 23% wird einer Mischdüse 1 über zwei Dosierpumpen 2 zugeführt. Die Mischdüse 1 befindet sich im unteren Teil einer Fällkolonne 3. Der untere Teil der Fällkolonne 3 ist mit 7 000 kg Tetrachlorkohlenstoff gefüllt, welcher durch einen Kreislauf ständig auf diesem Niveau gehalten wird, d.h. unterhalb der Mischdüse 1 wird ständig Tetrachlorkohlenstoff mittels einer Pumpe 4 abgezogen, über einen Wärmeübertrager 5 auf 4O⁰C erwärmt und in 5,5m Höhe wieder der Fällkolonne 3 zugeführt. ·

Der Massenstrom des Tetrachlorkohlenstoffkreislaufs beträgt 4000 kg/h, die Geschwindigkeit in der Fällkolonne 3 von oben nach unten 0,01 m/s.

Im Oberteil der Fällkolonne 3 befinden sich 2300 kg Wasser. In einer Höhe von 6,5 m wird ein Volumenstrom von 30 m³/h Wasser in die Fällkolonne 3 über eine Pumpe 6 eingespeist, und in Höhe von 9 m läuft das Gemisch aus erstarrten Hydrogelkugeln, nachdem diese die Phasengrenzfläche 10 durchstoßen haben und Wasser über einen Überlauf 7 in eine Rinne 8 und von dort auf ein Sieb 9. Vom Siebablauf wird das Wasser über einen Auffangtrichter 11 und Vorratsbehälter 12 wieder in den Kreislauf zurückgeführt.

Die Hydrogelkugeln, die einen mittleren Durchmesser von 10 mm erreicht haben, werden über eine Rinne 13 in eine Spülstufe geleitet. Nach dem Spülvorgang werden sie über eine hydraulische Förderstufe 15 auf ein weiteres Sieb 16 gefördert, vom Wasser getrennt und in eine Wirbeschichttrocknungsstufe 17 geleitet. In diese Wirbelschicht werden 250000m³/h Umgebungsluft durch einen Ventilator 18 über Wärmeübertrager 19 angesaugt. Die Umgebungsluft wird dabei auf 100⁰C erwärmt, durch das Wirbelbett geleitet und über einen Abscheider 20 geführt, wobei das getrocknete Kieselgel nach einer Verweilzeit von 4h über eine Abfördereinrichtung 21 einer Klassierungsstufe 22, in die auch der im Abscheider 20 anfallende Unterkornanteil geleitet wird, zugeführt und in beliebig viele gewünschte Fraktionen getrennt.

Die die Wirbelschichttrocknungsstufe 17 verlassende Luft hat eine Temperatur von 5O⁰C und wird über den Abscheider 20 geführt. Nach der genannten Verweilzeit von 4h in der Wirbelschichttrocknungsstufe 17 hat das austretende Kieselgel eine Restfeuchte von weniger als 2% Wasser und ist absolut ölfrei.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Erzeugung von kugelförmigem Kieselgel, bei dem Wasserglas und Schwefelsäure über einen Verteilerteller von oben in eine Flüssigkeit gegeben wird, gekennzeichnet dadurch, daß ein Sol aus Wasserglas und Schwefelsäure, beides in einem bestimmten Verhältnis zueinander, in eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, die einen höheren Dampfdruck und eine niedrigere Siedetemperatur als Wasser, jedoch eine höhere Dichte besitzt, von unten eingedüstwird,zu Soltropfen erstarren und in dieser Flüssigkeit, entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit, von unten nach oben steigen, zu Hydrogelkugeln gelieren, die eine Phasengrenzfläche durchstoßen, in das sich oberhalb der Phasengrenzfläche befindliche Wasser gelangen und mit dem Wasser weiterhin aufsteigen, anschließend vom Wasser getrennt werden, wonach sich ein Spülvorgang mit nachfolgender Wasserabscheidung anschließt und sich in einer nachgeschalteten Wirbelschichttrocknungsstufe infolge der Fluidisierung mit maximal 15O⁰C erwärmter Luft zu Kieselgel ausbilden und anschließend klassiert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sol aus einem Teil Schwefelsäure mit einer Konzentration von 18-31 % und zwei Teilen Wasserglas mit einem SiO₂-Gehaltvon 10-20% besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Geschwindigkeit der nach unten strömenden Flüssigkeit, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, in Abhängigkeit vom mittleren Hydrogelkugeldurchmesser und vom Verhältnis der Dichten der Hydrogelkugeln und der nach unten strömenden Flüssigkeit nach folgender Beziehung