DE19911520A1 - Kieselgur als Filterhilfsmittel der Getränkeindustrie und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Kieselgur als Filterhilfsmittel der Getränkeindustrie und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kieselgur, die als Filterhilfsmittel in der Getränkeindustrie eingesetzt wird und ein Verfahren zu ihrer Herstellung aus Filtrationsschlämmen z. B. der Brauereiindustrie. Der entwässerte Schlamm wird bei einer Temperatur von 450-600 DEG C in einer Fremdbettwirbelschicht thermisch behandelt, wobei eine Kieselgur entsteht, die eine höhere BET-Oberfläche und ein höheres Porenvolumen und somit eine höhere Adsorptionsfähigkeit besitzt als eine vergleichbare handelsübliche Neugur. Diese Eingenschaften verbessern sich sogar bei Mehrfachrecycling. Die stark konische Form des Reaktorteils, in dem sich die Wirbelschicht ausbildet und die thermische Behandlung in einer Fremdbettwirbelschicht erhöhen die Verweilzeit der Kieselgurteilchen im Wirbelschichtraum und gestatten die Anwendung der o. a. niedrigen Reaktionstemperatur. Das wird noch durch die Restfeuchte des Filterkuchens unterstützt, die ein schnelles Austreiben der organischen Bestandteile aus der Kieselgur in den Reaktionsraum bewirkt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kieselgur als Filterhilfsmittel und ein Verfahren zu ihrer Her
stellung.
In der Getränkeindustrie werden bei der Klarfiltration der Getränke (Bier, Wein u. a.) Kie
selguren als Filterhilfsmittel eingesetzt. Der bei der Filtration anfallende Filtrations
schlamm enthält neben der Kieselgur organische Substanzen. Er kann z. B. bei der Kom
postierung Verwendung finden oder landwirtschaftlichen Kulturen als Bodenverbesserer
direkt dem Ackerboden zugesetzt werden. Der Nachteil dieser Methode besteht darin,
daß die Landwirtschaft für die insgesamt anfallenden Schlämme nicht aufnahmefähig ist.
Das ist z. T. jahreszeitlich bedingt, da nur vor oder nach dem Abernten der Ackerflächen
Schlämme in den Ackerboden einbringbar sind. Eine Lagerung ist nicht möglich, da die
Schlämme sehr schnell in Fäulnis übergehen. Eine Trocknung scheidet aus finanziellen
Gründen aus. Eine 100%-ige landwirtschaftliche Nutzung der Schlämme würde sich auch
deshalb verbieten, da sie zu einer allmählichen Anreicherung des Bodens mit anorgani
schen Substanzen und zu Nitratanreicherungen führt. Aufgrund der hohen Preise für Kie
selgur ist eine Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels aus den Filtrationsschlämmen
zweckmäßig. Die Zielstellung beinhaltet die Herstellung einer Kieselgur, die die Ge
brauchswerteigenschaften einer Neugur hat. Bekannt sind Verfahren, mit denen Kieselgur
aus mechanisch entwässerten Filtrationsschlämmen mittels thermischer Behandlungs
verfahren hergestellt werden können.
In DE-PS 39 35 952 und DE-PS 39 35 953 wird ein Verfahren vorgestellt, das eine Trock
nung des Schlammes in einem Stromtrockner vorsieht, dem als Kalzinationsstufe ein
Drallstromreaktor nachgeschaltet ist. Beide Apparate arbeiten nach dem Flugstromprinzip
mit einer relativ geringen Feststoffdichte. Um hohe spezifische Leistungen bei hohem
Ausbrand der organischen Substanzen zu erzielen, müssen im Kalzinationsreaktor Tem
peraturen von 700°C, möglichst aber 800°C; angewendet werden. Bei diesen Temperatu
ren werden nicht die charakteristischen granulometrischen Parameter von neuer Kiesel
gur erreicht (BET-Oberfläche, Porenvolumen). Es treten bereits strukturelle Änderungen
in der Kieselgurmatrix auf, die zum Absinken der Werte für BET-Oberfläche und Poren
volumen führen.
In DD 288317 A5 wird ein Zerteilungswirbelschichtreaktor vorgestellt, der mit einem
Rührwerk arbeitet. Feinkörnige Stoffe wie Kieselgur sind schlecht wirbelfähig, sie neigen
zur Kanalbildung, die durch ein Rührwerk ständig unterbunden werden muß. Dadurch ist
jedoch die optimale Vermischung von Feststoff und Fluidisierungsmittel nicht gewährlei
stet. Um trotzdem einen vollständigen Ausbrand der organischen Bestandteile zu erzielen,
müssen hier Kalzinationstemperaturen von 800-900°C angewendet werden, die jedoch
die Sorptionseigenschaften der Kieselgur nachteilig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, nach dem aus
mechanisch entwässerten Filtrationsschlämmen der Getränkeindustrie Kieselguren her
gestellt werden, die gleiche oder bessere Filtrationseigenschaften als Neukieselgur auf
weisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2
gelöst.
Erfindungswesentlich ist, daß die Trocknung des Schlammes und die Verbrennung der
organischen Bestandteile gleichzeitig in einem Wirbelschichtreaktor bei 450-600°C er
folgen. Die Reaktivität des Adsorbens erreicht bei 500°C ein Maximum, d. h. BET-Ober
fläche und Porenvolumen erzielen bei dieser Temperatur ihre höchsten Werte. Das Ma
ximum ist flach ausgebildet. Unterhalb 450°C und oberhalb 600°C nehmen die Werte
rasch ab.
Um trotz der niedrigen Reaktionstemperatur einen vollständigen Ausbrand der organi
schen Bestandteile zu erreichen, wird eine lange Verweilzeit und gleichmäßige Verteilung
der Kieselgurteilchen in der Fremdbettwirbelschicht und ein schnelles Austreiben der or
ganischen Bestandteile aus dem Kieselgurteilchen gewährleistet.
Erfindungsgemäß erreicht man das dadurch, daß der Kieselgurfilterkuchen ungetrocknet
unmittelbar über dem Düsenboden eines Wirbelschichtreaktors in eine Fremdbettwirbel
schicht eingetragen wird, die sich in einem stark konischen Reaktorteil ausbildet, das ein
Flächenverhältnis von Freeboard : Rostebene von 2 : 1 bis 4 : 1 aufweist. Dadurch ergibt
sich eine zirkulierende, die Verweilzeit der Kieselgurteilchen im Fremdbett erhöhende
Teilchenbewegung. Die Gleichzeitigkeit von Trocknung und Verbrennung bewirkt erfin
dungsgemäß eine beschleunigte Desorption der organischen Substanzen durch den
Wasserdampf in den Verbrennungsraum, so daß der Ausbrand überwiegend in der Wir
belschicht und nur zum geringen Teil im Oberofen erfolgt.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß die niedrige Reaktionstemperatur die Hohlraum
struktur des Kieselgurteilchens dahingehend verändert, daß Poren mit größerem Poren
volumen ausgebildet werden, die zu einer verbesserten Adsorptionsfähigkeit führen. Der
Anteil größerer Poren am Gesamtporenvolumen nimmt zu. Dieser Vorgang setzt sich bei
Mehrfachrecyclierung fort, so daß durch die Mehrfachrecyclierung eine Verbesserung der
Adsorptionsfähigkeit erreicht wird.
Die Abscheidung der pneumatisch aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Kiesel
gur erfolgt in einem Zyklon und einem Gewebefilter. Erfindungsgemäß wird durch unter-
oder überlastige Eintrittsgeschwindigkeit des Abgases in den Zyklon eine Korngrößenver
änderung des Austrags aus dem Zyklon und aus dem anschließenden Gewebefilter er
zielt, die handelsüblicher Mittel- und Feingur entspricht und den Anforderungen des Ver
brauchers angepaßt werden kann. Die Variationsbreite der Eintrittsgeschwindigkeit be
trägt bei unterlastiger Arbeitsweise 8-12 m/s, 12-16 m/s bei normallastiger und bei
überlastiger 16-20 m/s.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben
werden.
Der im Sammelbehälter 1 gespeicherte Brauereischlamm wird mit Hilfe der Dickstoffpum
pe 2 einer Filterpresse 3 zugeführt und auf ca. 50% TS.-Gehalt entwässert. Das Förder
band 4 befördert ihn in den Vorratsbunker des Schneckendosierers 5. Dieser fördert den
bei Bedarf mit einer Stachelwalze zerkleinerten Filterkuchen in die Fremdbettwirbelschicht
des Wirbelschichtofens 6. Die unmittelbar über dem Düsenboden eingetragene Kieselgur
wird sofort in der Fremdbettwirbelschicht verteilt, die eine stark konische Form besitzt. Die
feinen Kieselgurteilchen diffundieren durch die Fremdbettwirbelschicht und werden zu
100% pneumatisch aus dem Reaktor ausgetragen und in das Abgassystem überführt.
Die Fremdbettwirbelschicht und die zirkulierende Teilchenbewegung des Fremdbettes, die
auch den Kieselgurteilchen aufgezwungen wird, erhöhen deren Verweilzeit im Wirbelbett.
Das in den Poren der Kieselgurteilchen enthaltene Wasser verdampft schlagartig und
beschleunigt den Übergang der organischen Bestandteile in die Wirbelschicht. Dadurch
kann der Verbrennungsvorgang fast ausschließlich in der Wirbelschicht erfolgen.
Die Niedertemperaturarbeitsweise gewährleistet sehr gute Werte der BET-Oberfläche und
des Porenvolumens:
Das mit den Kieselgurteilchen beladene Abgas wird dem Kühlzyklon 7 und dem Gewebe
filter 8 zugeführt. Durch unter-, normal- oder überlastige Eintrittsgeschwindigkeit des Ab
gases in den Zyklon können die Korngröße der Mittelgur und der Feingur den wechseln
den Anforderungen des Verbrauches angepaßt werden.
Das Filterabgas wird vom Ventilator 11 dem Schornstein 12 zugeführt.
Claims (2)
1. Kieselgur als Filterhilfsmittel der Getränkeindustrie, insbesondere der Brauereien
gekennzeichnet dadurch,
daß bei einer Mittelgur die BET-Oberfläche 4 bis 6 m2/g und das Porenvolumen 13
bis 25 cm3/g und bei einer Feingur die BET-Oberfläche 9-10 m2/g und das Po
renvolumen 25 bis 40 cm3/g betragen und daß bei diesen Kieselguren das Ge
samtporenvolumen einen hohen Anteil an vergleichsweise großen Poren hat.
2. Verfahren zur Herstellung der Kieselgur gemäß Anspruch 1 durch Trocknung von
Filtrationsrückständen der Getränkeindustrie, insbesondere der Brauereien, und
Verbrennung der darin enthaltenen organischen Bestandteile, gekennzeichnet da
durch,
daß die mechanisch entwässerten Filtrationsrückstände ungetrocknet unmittelbar
über dem Rostboden eines Wirbelschichtofens in eine Fremdbettwirbelschicht mit
Korngrößen des Fremdbetts von 0,5 bis 5 mm und einem Flächenverhältnis von
Freeboard : Rostebene von 2 : 1 bis 4 : 1 eingetragen und dort in einem einstufi
gen Verfahrensschritt bei Temperaturen zwischen 450°C bis 600°C getrocknet und
dabei die organischen Bestandteile verbrannt werden und daß durch Variation der
Eintrittsgeschwindigkeit der Abgase in den dem Wirbelschichtofen nachgeschal
teten Zyklon zwischen 8 m/s und 20 m/s die Korngrößenverteilung in der Mittelgur
aus dem Austrag des Zyklons und in der Feingur aus dem Austrag des anschlie
ßend vorhandenen Gewebefilters gesteuert wird.
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