DE2230610A1

DE2230610A1 - Verfahren und apparatur zum abtrennen von feststoffteilchen aus waessrigen suspensionen

Info

Publication number: DE2230610A1
Application number: DE2230610A
Authority: DE
Inventors: Paul Richmond Pottage; John Trethowan Rundell
Original assignee: Tate and Lyle PLC
Current assignee: Tate and Lyle PLC
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1973-01-18
Also published as: CA969177A; FR2143201B1; ZA724181B; US3853616A; US3834541A; AR193528A1; AU4367772A; BR7204009D0; IT991530B; CA957619A; DE2230610C2; AU470989B2; SU528039A3; GB1397927A; FR2143201A1; BE785241A

Description

DR. EYSENBACH

PATENTANWALT Telegramme: PATENTEYSENBACH, PULLACH-ISARTAL

Telefon München (0811): 7930391 Dr. Hans Eysenbach, D-8023 Pullach, Baumstraße 6 Zeichen_- ref^ MaT-14-P (JJolio: 18 367)

Datum : 22. Juni 1972

"Verfahren und Apparatur zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus wässrigen Suspensionen"

Anmelderin: TÄTE & LYLE LIMITED, London

Beanspruchte Priorität: 22. Juni 1971

aus Britischer Patentanmeldung Nr. 29 22 3

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Abtrennen von suspendierten Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten und die dazu besonders geeignete Apparatur. Der Erfindungsgegenstand hat besondere Bedeutung für bestimmte Verfahrensstufen, welche in der Zuckerindustrie durchgeführt werden, ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.

In vielen industriellen Prozessen ist es auf einigen Verfahrensstufen erforderlich, sei es nun zum Zweck der Gewinnung des Feststoffes oder zur Säuberung der Flüssigkeit, fein verteilte, in einer wässrigen Flüssigkeit suspendierte Teilchen abzutrennen. Solche Verfahrensschritte werden im Verlauf von vielen Herstellungsprozessen erforderlich, so beispielsweise zur Behandlung von Schlämmen, welche erzeugte Endprodukte enthalten oder zur Behandlung von Abwässern, zur Behandlung verschiedener industrieller Abflüsse, oder auch in der Kanalwasserbehandlung. Bei solchen Prozessen sind die suspendierten festen Teil_chen oft derart fein verteilt, daß sie nicht leicht oder wirtschaftlich von den Flüssigkeiten abgetrennt werden können, wenn es nicht gelingt, die Flocken zu agglomerieren, so beispielsweise durch Zusatz von chemischen Ausflodmngsmittelnj in manchen Fällen kann eine ausflockende Abscheidung in einer Flüssigkeit hervorgerufen werden, um eine Reinigung von suspendierten oder auch gelösten Verunreinigungen zu erzielen, Verunreinigungen, welche Anlaß zu Verfär-

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bungen oder auch zu Trübungen der wässrigen Flüssigkeiten - sind. Die Benutzung von chemischen Ausflockungsmitteln einschließlich der polymeren Ausflockungsmittel, wie beispielsweise Polyacrylamide, ist gut bekannt. Leider ergibt sich jedoch nicht in allen Fällen durch die einfache Zumischung solcher Ausflockungsmittel zu den die fein verteilt suspendierten Feststoffteilchen enthaltenden wässrigen Flüssigkeiten eine zweckentsprechend wirkungsvolle Ausflockung, so wie sie benötigt wird, um nachfolgend eine schnelle und vollständige Klärung der Flüssigkeitsphase zu erzielen. Durch genauere Untersuchung dieser Vorgänge konnte von den Erfindern festgestellt werden, daß eine ganz bestimmte Abfolge der Verfahrensstufen eingehalten werden muß, um eine optimale Ausflockung der suspendierten Feststoffteilchen mit anschließender effizienter Klärung der flüssigen Phase zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren, welches diese als wirkungsvoll aufgefundene Aufeinanderfolge von Verfahrensschritten steuert und eine Apparatur, welche die Durchführung dieses Verfahrens in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht.

Der Gegenstand der Erfindung besteht dementsprechend in einem Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus wässrigen Suspensionen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) in der die suspendierten Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit eine erste Ausflockung hervorruft;

b) die diese erste Ausflockung enthaltende Flüssigkeit unter Luftdurchströmung in Bewegung versetzt;

c) gleichförmig innerhalb der gesamten flüssigen Phase der in Bewegung gehaltenen belüfteten Flüssigkeit zur Hervorrufung einer zweiten Ausflockung ein organisches polymeres Ausflockungsmittel, wie ein ausflockungserzeugendes anionisches Polyacrylamid hohen Molekulargewichts, verteilt;

d) das entstandene Gemisch innerhalb eines Ausflockungsbehälters in einer die Abscheidung der zweiten Ausflockung aus der Flüssigkeit verhindernden, jedoch das Größerwerden der Flocken ermöglichenden, nämlich einer nichtturbulenten Bewegung hält;

e) die Flüssigkeit aus dem Ausflockungsbehälter unter minimaler Bewegung in einen Abscheidungsbehältar überführt und

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f) die geklärte Flüssigkeit getrennt von dem abgeschiedenen ausgeflockten Feststoffanteil aus dem Abscheidungsbehälter entfernt.

Der Erfindungsgegenstand ist in einem weiten Bereich von Verfahrensprozessen anwendbar, wo es darauf ankommt, suspendierte Feststoffteilchen aus einer wässrigen Flüssigkeit zu entfernen, so z.B. bei der Brauerei, bei Wasserreinigungsbehandlungen, bei der Kanalwasserbehandlung der Stadtentwässerungen und bei industriellen Ausflüssen, aber auch bei der Mineralstoffabtrennung für gewisse Metallgewinnungsprozesse, Allerdings ist hervorzuheben, daß der Erfindungsgegenstand besonders gut brauchbar ist für die Abtrennung von suspendierten Feststoffteilchen aus zuckerhaltigen Mutterlaugen, Sirupen oder Säften, und zwar während den verschiedenen Stadien der Zuckerherstellung; es empfiehlt sich deshalb, die Erfindung am Beispiel der Benützung für solche Verfahrensstufen in der Zuckerherstellungsindustrie näher zu erläutern.

Die Herstellung von Zucker für den menschlichen Verzehr umfaßt im allgemeinen zwei unterschiedliche Verfahrensstufen, nämlich die Herstellung von Rohzucker und die Weiterverarbeitung zu raffiniertem Zucker, wobei diese beiden Verfahrensstufen oft an geographisch weit auseinanderliegenden Standorten durchgeführt werden. Rohzucker wird aus dem Rohsaft hergestellt, wie er aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewonnen wird, und es gehört dazu die Klärung des Saftes (d.h. die Entfernung von suspendierten Feststoffen), das Eindampfen des Saftes bis zu einem dicken Sirup mit anschließendem Auskristallisieren. Wenn in diese Verfahrensschritte spezielle Behandlüngsprozesse eingeschaltet werden, kann ein standartisiertes kristallisiertes Endprodukt erzielt werden, welches bereits zum unmittelbaren Verzehr geeignet ist, und solche Erzeugnisse sind unter der Bezeichnung "Mill White* oder "Plantation White sugar" bekannt; allerdings ist dieser Rohzucker meistens zu reinigen, um einen allgemein annehmbaren Standard an Reinheit zu erzielen. Bei der üblichen Zuckerraffinerie wird der Zucker dazu zunächst gewaschen und zentrifugiert, um den an den Kfjstallen anhaftenden Sirup zu entfernen; der so hergestellte raffinierte Zucker wird dann im Wasser aufgelöst als sog. "melter liquor". Diese vorgereinigte Zuckerlösung wird in zwei aufeinander folgenden Verfahrensschritten weiter gereinigt, wobei der erste

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Verfahrensschritt als "Defikation" bezeichnet wird, und diejenige Zuckerlauge zur Verfügung stellt, welche den zweiten Verfahrensschritt, der sog. "Dekolorisation" unterworfen wird. Die nach diesen aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten gewonnene Zuckerlösung wird als "fine liquor" bezeichnet und der aus dieser Zuckerlösung durch Kristallisation gewonnene Zucker stellt den raffinierten Zucker dar. Wenn eine verhältnismäßig niedrige Qualität an raffiniertem Zuckerendprodukt gewünscht wird, kann der zweite Verfahrensschritt, die Entfärbung der Zuckerlauge, eingespart werden.

Der als "Defikation" bezeichnete Abscheidungsschritt umfaßt eine einfache Filtration durch eine Schicht aus Diatominerde oder einem anderen geeigneten Filtermaterial; jedoch gehört ganz allgemein zu dieser Abscheidung ("Defikation") die Hervorrufung einer anorganischen Fällungsreaktion, wodurch unlösliche und colloidal verteilte Verunreinigungen mit dem anorganischen Fällungsprodukt zusammen entfernt werden. Als anorganisches Ausfällungsprodukt kann man Kalziumkarbonat benutzen, welches sich nach Auflösen von Kalk in der Schmelzzuckerlösung ("melter liquor) und anschließendes Einleiten von Kohlenstoffdioxyd (beispielsweise als Abgas) bildet, wobei diese Ausfällung von Kalziumkarbonat in situ entsteht: Einen solchen Prozeß nennt man'Karbonation" und die Ausfällung, welche die verschiedensten Verunreinigungen enthält, wird durch Filtration abgetrennt, wobei das Kalziumkarbonat zusätzlich auch als eigenes Filterhilfsmittel wirkt. Als anorganische Ausfällung kann man aber auch Kalziumphosphat verwenden, beispielsweise solches, welches sich durch Zugeben von Phosphorsäure und Kalk erzeugen läßt; in diesem Falle betrachtet man den Prozeß als "Phosphatation". Die ausflockende Fällung kann auch in diesem Falle durch Filtration abgetrennt werden, jedoch sind für diese Filtration große Mengen an zusätzlicher Filterhilfe erforderlich: Dieser Nachteil ist dann die üRsache dafür, daß es üblicher ist, das ausgefällte Kalziumphosphat durch Flotation abzutrennen, und zwar unter Durchströmung mit Luftblasen. Viele chemische Zusatzstoffe sind als Flotationshilfsmittel zur Abtrennung bei der Phosphatationsausfällung vorgeschlagen worden, u.a. auch anionischen Polymeren vom Polyacrylamidtyp mit hohem Molekulargewicht, welche sich dazu eignen, die Größe der Ebcken zu steigern und die Festhaltung von Luftbläschen darin zu verbessern.

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Für den Abscheidungsschritt ("Defekation") benützt man gelegentlich auch eine dritte anorganische Ausfällung, und zwar Kalziumsulfit welches durch Einleiten von Schwefeldioxyd in gekalkte Schmelzzuckerlauge gebildet wird; das dabei erzeugte Calziumsulfit wird durch Filtration wie bei dem Karbonatationsprozeß entfernt. Dieser Prozeß, welcher als "Sulfitation" bezeichnet wird, wird oft in Kombination mit der Karbonatation verwendet.

Wenn man das erfindungsgemäße Verfahren für die Zuckerraffinierung verwenden will, so besteht die erste Ausflockung aus einer ausflockenden Ausscheidung, die durch die Phosphatation hervorgerufen wird. Ähnliche Ausscheidungen und Abtrennungen werden aber auch bei der Klärung der ursprünglichen Zuckersäfte herangezogen und das erfindungsgemäße Verfahren kann dementsprechend auch für die Entfernung der suspendierten Feststoffteilchen aus diesem Zuckersaft herangezogen werden. Wenn der Gegenstand der Erfindung für die Behandlung von anderen Arten vonwässrigen Säften und Flüssigkeiten benutzt werden soll, dann können auch verschiedene andere Reagentien benutzt werden, um die erste Ausflockung hervorzurufen, je nach dem, wie sie sich aus der Natur des betreffenden Verfahrens ergibt. So z.B. kann, wenn der Erfindungsgegenstand für die Wasserreinigungsbehandlungen oder die Kanalwasserbehandlung benutzt werden soll, als erste Ausflockung die Behandlung mit Calziumhydroxyd, Aluminiumsulfat,Ferrosulfat, Ferrisulfat und aktivierter Kieselsäure herangezogen werden. Solche Ausflockungshilfen und ihre Benutzungsweise sind per se gut bekannt auf dem jeweiligen Anwendungsgebiet.

Während des anschließenden Lufteinleitungsschrittes wird die Zurückhaltung der feinen Luftbläschen in der ersten Ausflockung dadurch verbessert, daß man ein Oberflächenaktivmittel der wässrigen Flüssigkeit hinzusetzt. Auch zu diesem Zweck sind die verschiedenen brauchbaren Zusätze gut bekannt, wie beispielsweise cationische, anionische und nicht-ionische Oberflächenaktivstoffe, welche der Lauge zwischen den Verfahrensschritten der ersten Ausflockung und der Luftdurchströmung zuzugeben sind; sobeschreibt z.B. die USA-Patentschrift 3 166 442 die Verwendung von organischen cationischen Oberflächenaktivstoffen des Amintyps zur Verbesserung

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der Abtrennung einer Phosphatausflockung aus Zuckerlösung während der Flotation, und solche Oberflächenaktivstoffe werden in ähnlicher Weise auch bei der Flotation zu Abtrennungen bei mineralischen Erzsuspensionen herangezogen. Jedoch ist die Erfindung, wenn sie für die Behandlung von Zuckerlösungen herangezogen werden soll, vorzugsweise durch Hinzufügung von cationischen Oberflächenaktivstoffen vor der Hervorrufung der ersten Ausflockung durchführbar, weil auf diese Weise nicht nur die nachfolgende Zurückhaltung der Luftbläschen in den Flocken verbessert wird, sondern auch speziell die Entfernung von.Verunreinigungen, welche in den Zuckerlösungen aufgelöst sind, erreichbar ist. üblicherweise werden die so abscheidungsgereinigten Zuckerlösungen mit Hilfe von Absorptionsmitteln wie Knochenkohle, granulierter Kohle, gepulverter aktivierter Absorptionskohle oder Ionenaustauscherharz verfärbenden Verunreinigungen befreit. Doch konnte dabei festgestellt werden, daß die in der Zuckerlösung enthaltenen gelösten anionischen Verunreinigungen mit hohem Molekulargewicht zusammen mit den die Verfärbung verursachenden Verunreinigungen aus der Schmelzzuckerlösung ausgeschieden werden können durch die Hinzufügung eines cationischen Oberflächenaktivstoffes, welcher mit diesen Verunreinigungen einen unlöslichen Komplex bildet; die Benutzung von cationischem Oberflächenakivstoff für die Reinigung der Zuckerlcsungen ist bereits Gegenstand des Britischen Patentes Nr. 1 224 990. Der unlösliche Komplex wird ursprünglich in Form einer feinen Suspension in der Zuckerlösung ausgefällt; er kann jedoch, obgleich die Ausfällung auch einfach durch Filtration von der gereinigten Mutterlauge entfernbar ist, mit besserem Wirkungsgrad entfernt werden, wenn man dazu die übliche, bereits beschriebene, Abscheidungsbehandlung ("Defekation") vornimmt, bei welcher die in der Flüssigkeit hervorgerufene anorganische Ausfällung als ein Reinigungssystem für den Komplex und anderer suspendierter Materialien wirkt.

Beispiele für geeignete cationische Oberflächenaktivstoffe sind in der erwähnten Britischen Patentschrift 1 224 990 angegeben, so etwa die bevorzugten Verbindungen, nämlich quaternäre Ammoniumverbindungen mit langer Kohlenwasserstoffkette, insbesondere quaternäre Oberflächenaktivstoffe auf Basis von Dialkyldimethyl-Kohlenstoffketten, also beispielsweise Dioctadecyl- oder Dihexadecyl-dimethyl-

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ammoniumchloride. Solche Verbindungen sind marktgängig erhältlich unter der Warenzeichenbezeichnung "TALOFLOC¹¹. Demzufolge ist die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes für die Behandlung von Zuckerlösung darin zu sehen, zunächst ein cationisches Oberflächenaktivmittel zuzusetzen, danach einen unlöslichen Komplex mit den gelösten anionischen hochmolekularen Verunreinigungen zu erzeugen, danach eine erste ausflockende Ausscheidung in Gegenwart dieses unlöslichen Komplexes hervorzurufen und anschließend die eine solche erste Ausflockung enthaltende Lauge mit Luft zu durchströmen. Natürlich ist es auch möglich, cationische Oberflächenaktivstoffe anderen Typs der Lauge vor der Erzeugung der ersten Ausflockung zuzusetzen oder auch von anionischen oder nichtionischen Oberflächenaktivstoffen bei dieser Verfahrensstufe Gebrauch zu machen, lediglich als Hilfsmittel für die Zurückhaltung der Luftbläschen bei der nachfolgenden Belüftung, allerdings unter Verzicht der spezifischen Wirkung der cationischen Oberflächenaktivstoife^ bei den Zuckerlösungen.

Die Belüftung der diese^rste Ausflockung enthaltenden Lauge kann durch Einblasen von Luft unter Öruck bewirkt werden, und zwar unter Benutzung einer Venturi-Düse innerhalb^eines von der Lauge durchströmten Rohres, aber auch durch Freisetzung^von Luft, welche bereits in der Lösung gelöst vorhanden ist, beispielsweise durch mechanischen Inbewegungversetzen oder durch Erhitzen der Lauge. Die Luftbläschen sollten fein verteilt und gut gemischt innerhalb der Lauge hervorgerufen werden, um eine feine Dispersion von Luftbläschen zu gewährleisten und eine nachfolgende befriedigende Belüftung der Flocken sicherzustellen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man beispielsweise im Fall der Schmelzzuckerlösung (melter liquor) eine Zentrifugalpumpe mit einem offenen Flügelrad verwendet, welche mit einer Spitzenumgangsgeschwindigkeit von etwa 30 m pro Sekunde umläuft.

Dieser so belüfteten Lauge wird dann ein organischer polymerer Ausflockungsstoff hinzugesetzt. Solche polymeren Ausflockungsstoffe sind an sich gut bekannt: besonders gut brauchbar sind die hochmolekularen anionischen Polyacrylamide als Flockulationsmittel, wie sie unter der Handelsbezeichnung ¹¹TALOFLOTE" erhältlich sind.

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Für die meisten Anwendungen ist es befriedigend, etwa 1 bis 40 ppm pro Gewicht (Gramm) an dem Ausflockungsmittel auf eine Volumeneinheit (ml) der wässrigen Flüssigkeit zu verwenden. Insbesondere dann, wenn die Erfindung für die Zuckerherstellung benutzt werden soll, ist der bevorzugte Konzentrationsbereich für den ursprünglichen Zuckersaft 1 bis 10 ppm Gewichtseinheit pro Volumeneinheit Saft; für die ungeschmolzene bzw. ungelöste Zuckerlauge liegt der Konzentrationsbereich zweckmäßig zwischen 1 bis 20 ppm, und zwar vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 ppm Gewichtseinheit auf den Feststoffgehalt der Lauge. Die Art und Weise, auf welche das polymere Ausflockungsmittel der zu behandelnden Lauge hinzugefügt wird, kann den Erfolg der nachfolgenden Verfahrenssehritte erheblich beeinflussen. Deshalb sollte man das Ausflockungsmittel in der Form einer verdünnten wässrigen Lösung oder Suspension benutzen, wobei diese Lösung oder Suspension eine Konzentration von 0,025 % bis 0,25 % Gewicht pro Volumen (Gramm/ml) aufweist; bevorzugt ist eine Konzentration von 0,05 % bis 0,15 % Gewicht/Volumen, da eine stärkere Dispergierung der polymeren Moleküle eine bessere Ausnützung der vollen Aktivität des Flockulxerungsmittels erlaubt. Es sollte vermieden werden, die ausflockende Lösung oder Suspension einer heftigen mechanischen Bewegung zu unterwerfen wie beispielsweise einer hohen Geschwind!gkeitsrührung, welche ein Zerbrechen der Polymermoleküle zur Folge haben kann: statt dessen sollte ein Luftstrom oder ein langsam laufender Rührer benutzt werden, um die Polymersubstanz zu verteilen. Die ausflockende Lösung oder Suspension sollte während einiger Stunden vor der Benutzung in Bewegung versetzt werden, um die Dispersion zu unterstützen, jedoch sollte sie nicht länger als etwa einen Tag lang aufrecht erhalten werden, weil sonst eine Zerschlagung der polymeren Molekülaggregate vorkommenkann: im allgemeinen sollte man diese Bewegung nur während 2 bis 3 Stunden aufrecht erhalten.

Es ist auch wichtig, für eine befriedigende Verteilung des polymeren Ausflockungsmittels in der zu behandelnden Lauge zu sorgen. Dies kann unter Umständen schwierig sein, und zwar insbesondere gerade bei den hochviskosen Laugen, wie sie bei den in der Zuckerraffinierung vorkommenden Lösungen mit hohem Brix-Wert besteht. Einerseits ist es nicht mö.glich, eine gute Verteilung des Flockungsmittels dadurch zu erreichen, daß man es lediglich in einem ent-

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sprechenden Volumen der Lauge eingibt, wogegen andererseits bei einer heftigen Vermischung, so wie sie in einigen bekannten normalen Mischern oder bei dem Durchführen der Mischung durch eine Zentrifugalpumpe erreicht wird, ebenfalls keine befriedigenden Ergebnisse. Das Problem besteht also darin, daß obgleich eine gute Vermischung wünschenswert ist, um eine gute gleichmäßige Verteilung des Flockungsmittels in dem gesamten flüssigen System zu erreichen, es sich gezeigt hat, daß bei einer zu heftigen Vermischung das Flockungsmittel an Wirksamkeit verliert. Der Grad der Dispergierung der Ausflockungen erzeugenden Moleküle in der Lauge hängt von der Intensität und der Dauer des.Mischens deutlich ab. So kann man beispielsweise den richtigen Grad der Dispersion erreichen, wenn man während einer Zeitdauer von etwa einer Sekunde eine Turbulenz hervorruft welche den Reynolds-Zahlen von 3.000 bis 20.000, vorzugsweise von 5.000 bis 10.000 entspricht. In der Praxis kann diese befriedigende Vermischung dadurch erzielt werden, daß man das Flockungsmittel durch eine Bemessungspumpe in einer Strömung der Lauge einfließen läßt, welche sich mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 1 bis 3 m pro Sekunde, vorzugsweise von 1,5m pro Sekunde innerhalb eines Rohres von geeignetem Durchmesser befindet? allerdings kann der richtige Grad von Vermischung auch auf anderen Wegen erreicht werden, so beispielsweise dadurch, daß man die Flüssigkeit durch eine Röhre fließen läßt, welche 2 oder 3 rechtwinkelige Verbiegungen enthält.

Eine andere Arbeitsweise, um den.richtigen Grad der Vermischung zu erreichen, besteht darin, das Ausflockungsmittel in der wässrigen Flüssigkeit durch eine VorVermischung der Lösung oder der Dispersion des Ausflockungsmittels mit einer kleinen Anteilsmenge, sagen wir 2 bis 10 Gewichtsprozent der bereits geklärten, durch den erfindungsgemäßen Prozeß erzeugten Lösung vorzumischen. Da eine solche geklärte Lösung keine zum Größerwerden fähige Flocken enthält, kann sie einer heftigeren Vermischungsbewegung als die unbehandelte Lauge unterworfen werden, beispielsweise unter Verwendung eines normalen Einlaufvermischers. Dieses Vorgemisch wird dann der unbehandelten Lauge hinzugefügt und darin durch vorsichtiges Vermischen verteilt. Diese Prozedur hat den Vorteil, daß das Ausflockungsmittel in einer hohen Verdünnung eingesetzt werden kann, ohne daß hierzu

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die Einführung von großen Mengen an Wasser in den Prozeß erforderlich wäre.

Ein wichtiges Merkmal des Erfindungsgegenstandes liegt darin, das die erste Ausflockung enthaltende Gemisch mit dem polymeren Ausflockungsmittel während einer gewissen Zeitdauer in einem Ausflockungsbehälter zu halten, wobei es einer verminderten linearen Bewegungsgeschwindigkeit unterliegt. In diesem Ausflockungsbehälter werden die bei der Mischung auf die Lauge ausgeübten Gegenströmungen und Beschwerungskräfte zwar zur Beruhigung gebracht, jedoch eine vorsichtige nichtturbulente Bewegung der Flüssigkeit aufrecht erhalten, die gerade ausreicht, um eine Abscheidung der Flocken zu verhindern: dies kann dadurch erreicht werden, daß man eine langsame Rotation mit einem Rührer bewirkt, beispielsweise einem solchen Flügelrührer, dessen Spitzenumfangsgeschwindigkeit pro Sekunde nur 0,3 bis 1,5 m beträgt; man kann auch Ziel erreichen durch geeignet geformte Durchflußerzeuger durch den Behälter. Es konnte gefunden werden, daß die Ausflockung wesentlich verbessert wird, wenn man die Ebcken während einer kurzen Zeitdauer innerhalb des Körpers der Flüssigkeit unter ruhenden Bedingungen beläßt, bevor man den Behälterinhalt der Abtrennung unterwirft: Man hat den Eindruck, daß diese Rückhaltungszeit für die ausflockenden Moleküle erforderlich ist, um sich völlig mit den Feststoffteilchen zu beladen, denn man erhält auf diese Weise einen maximalen Grad an Wirksamkeit der Ausflockung, die optimale Rückhaltungszeit bzw. Ruhigätellungszeit im Ausflockungsbehälter hängt ab von dem speziellen Ausflockungsmittel und dem System, welches zur Ausflockung benutzt wird, und es spielen dabei auch noch andere Betriebsbedingungen eine Rolle; jedochgilt ganz allgemein, daß Ruhigste1lungszeiten von 15 Sekunden bis zu 5 Minuten nützlich sind und Ruhigstellungszeiten im Bereich von 30 Sekunden bis 3 Minuten sind dabei zu bevorzugen.

Die Lauge, welche die Flocken enthält, wird dann aus dem Ausflockungsbehälter in einen Abtrennungsbshälter überführt, in welchem die Flocken sich von der flüssigen Phase abscheiden können. Während der Überführung der flcckenhaltigen Lauge in den Abscheidungsbehälter sollten nur geringsraögliche Beschwerungs- und Gegenströmungskräfte auftreten, um eine Dispersionsveränderung der

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Flocken zu verhindern. Im Abscheidungsbehälter läßt man die das ' Feststoffmaterial tragenden Flocken sich aus der flüssigen Phase abscheiden und die ausgeflockten Feststoffe sowie die geklärten flüssige Phase werden dann getrennt aus dem Behälter entfernt. Die aufgeschwommenen Flocken werden von der Oberfläche und die geklärte Flüssigkeit vom Boden des Behälters abgezogen. Bei dem Abscheidungsbehälter kann es sich um einen konventionellen Klärungsbehälter irgendeiner der vielen bekannten Bauweisen handeln, welcher einen Ausflockungsbehälter von geeigneter Fassungskapazität an seinem Eingang aufweist, der Art, daß er die gewünschte Verweilzeit für die durchlaufende Mutterlauge reguliert. Erfindungsgemäß ist jedoch eine bevorzugte Apparatur in solcher Weise geschaffen worden, daß darin die beiden Behälter für das Ausflocken und das Abscheiden zwei getrennte Kammern innerhalb des einzigen Gesamtkörpers der Klärungsapparatur ist. Man kann dabei besonders gute Durchflußeigenschaften schaffen, wenn man als Ausflockungsbehälter ein Zentralgefäß verwendet, welches von dem Absehe idungsgefäß umgeben ist. In dieser besonderen Konstruktion strömt die das Ausflockungsmittel enthaltende eingespeiste Flüssigkeit in den innerhalb des Klärungsgefäßss befindlichem Ausflockungsbehälter und wird darin während der erforderlichen Verweilzeit langsam und vorsichtig vermischt; danach wird die flockenhaltige Flüssigkeit zum überfließen in den Hauptkörper des Klärungsgefäßes, d.h. also des Abscheidungsbehälters gebracht, worin die eigentliche Abscheidung der Flocken stattfindet. Auf diese Weise wird die überführung der Flüssigkeit aus der Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer mit einem Minimum an Beschwerungskräften ermöglicht. Die Bauweise der Abscheidungskammer hängt von dem Typ des Prozesses ab, welcher betrieben werden soll und es kann sich dabei um ähnliche Apparaturen handeln, wie sie bei konventionellen Klärern gebräuchlich sind.

Demzufolge besteht der Erfindungsgegenstand also auch aus einer Apparatur zur Abscheidung von ausgeflockten Feststoffen aus einer Flüssigkeit durch Flotationsklärung, welche insbesondere zur Durchführung der Verfahrensschritte der Ruhigstellung und der Abscheidung im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist und sich dadurch kennzeichnet, daß eis folgende Bauelemente aufweist:

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a) eine Abscheidungskammer;

b) eine in der Abscheidungskammer zentral angeordnete Ausflockungskammer;

c) eine den Kopfteil der Abscheidungskammer umgebende Abflußrinne;

d) einen am Boden der Ausflockungskammer angeordneten Einlaß;

e) innerhalb der Ausflockungskammer befindliche Flüssigkeitsbeweger;

f) eine das überfließen der flockenhaltigen Flüssigkeit am Kopfteil der Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer hinein mit minimaler Bewegung ermöglichende überfließführungskappe;

g) zur überführung der aufgeschwommenen ausgeflockten Feststoffe aus der Abscheidungskammer in die Abflußrinne hineinkonstruierte Feststoffabstreifer und

h) einen am untersten Teil der Abflußrinne angeordneten Feststoffauslaß.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden; es zeigen:

Figur 1 ein Fließschema zur Erläuterung der verschiedenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Vorgehens und

Figur 2 eine schematische Querschnittszeichnung durch eine bevorzugte Klärungsapparatur mit Ausflockungs- und Abscheidungskammer.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäß zu behandelnde, suspendierte Feststoffteilchen enthaltende Flüssigkeit 101 ersichtlich. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Zuckerlösung handeln, welche einen unlöslichen Komplex aus anionischem hochmolekularem Verunreinigungsmaterial enthält, welcher durch die Hinzufügung eines cationischen Oberflächenaktivstoffes in der bereits beschriebenen Weise erzeugt worden ist. Diese Flüssigkeit wird bei 102 mit einem zusätzlichen anorganischen Ausflockungsmittel 103 behandelt. Beispielsweise besteht dieser Behandlungsschritt im Falle der Phosphatation einer Zuckerlösung in der Hinzufügung von Phosphorsäure und Kalkmilch, zur Erzeugung einer Ausflockung aus Calziumphosphat in der Flüssigkeit. Bei 105 wird Luft in die Flüssigkeit eingeleitet und damit gründlich vermischt, beispielsweise durch eine Pumpe 104 mit offenen Propellerflügeln. Mit Hilfe der Messpumpe bei 106 wird zur Hevorrufung der zweiten Ausflockung ein poly-

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meres Ausflockungsmittel 107, beispielsweise ein anionisches Polyacrylamid, in den Flüssigkeitsstrom eingeführt. Die Flüssigkeit strömt dann in den Ausflockungsbehälter 108, worin der zweite Flockungsruhigstellungsschritt erfolgt, und von dort in den Abscheider 109, von welchem die geklärte Flüssigkeit 110 und die ausgeflockten Feststoffe 111 getrennt entfernt werden. Der Ausflockungsbehälter 108 und der Abscheider 109 können zwei Kammern innerhalb einer einzigen Apparatur darstellen, wie es in Fig. gezeigter bevorzugter Ausführungsform der Klärungsapparatur vorgesehen ist.

Die in Fig. 2 gezeigte Klärungsapparatur dient z.B. für die Phosphatations-Flotations-Betriebsweise in der Zuckerraffinierung. Die Klärungsapparatur besitzt eine praktisch zylindrische, oben offene Abscheidungskammer 1. -irt-lien Kopf der Klärungsapparatur stellt eine ringförmige Abflußrinne mit einem schrägliegenden Bodenteil 3 und einem Feststoffauslaß 4 an seinem untersten Ende dar. Am offenen oberen Ende der Abscheidungskammer 1 ist auch ein Schaumabstreifer 5 und eine Flüssigkeitsüberfließführungskappe vorgesehen. Der Bodenteil der Abscheidungskammer ist mit einem Flüssigkeitsauslaßstutzen 7 ausgerüstet. Zentral innerhalb der Klärungsapparatur ist eine Ausflockungskammer 8 angeordnet, welche einen konisch verjüngt zulaufenden Boden 9 besitzt und diese Ausflockungskammer ist von der Abscheidungskammer 10 umgeben. Die Ausflockungskammer 8 wird innerhalb der Klärungsapparatur mit Hilfe der Stabilisierungsstangen 11 und 12 in ihrer Lage gehalten. Der Einlaß 13 für die Rohlösung Jj^s teht mit dem Einlaß 14 der Ausflockungskammer über die am Boden der Klärungsapparatur befindlichen wasserdichten Flansche 15 in Verbindung. Die obere öffnung der Ausflockungskammer ist mit Flüssigkeitsführungslippen 16 versehen. Innerhalb der Ausflockungskammer befindet sich der Rührer 17, welcher an dem Schaft 18 angebracht ist und von dem Rührermotor und dem Kopfgetriebe 19 angetrieben wird. Am Boden des Rührerschaftes befindet sich die Führungsöse 20, welche von den innerhalb des Einlasses JL0 14 angebrachten Trägern 21 gestützt wird. Knapp oberhalb der Führungsöse 20 sind Strömungsverteilungsblätter 22 zur glatten Regelung des Durchflusses der Flüssigkeit bei dem Eintritt in die Ausflockungskammer angebracht. Der Motor 19 bringt auch die überfließführungskappe 6 und die Feststoffabstreifer-

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blätter 5 in Umdrehungsbewegung; hierzu ist vorzugsweise ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Rotationsübersetzungsgetriebe vorzusehen, so daß diese Rotation mit einer geringeren Geschwindigkeit vor sich geht, als sie der Rührer besitzt.

Bei der Betreibung der Apparatur wird die Flüssigkeit, welche organische Polymere Ausflockungsmittel enthält, in die Klärungsapparatur auf dem Wege über den Einlaßstutzen 13 eingespeist und fließt innerhalb der Ausflockungskammer 8 nach oben, wobei sie mit Hilfe des Rührers 17 in Bewegung versetzt wird. Der Grad der Bewegung sollte gerade ausreichen, um die sich vergrößernden Flocken mit der Flüssigkeit zu vermischen, jedoch nicht heftig genug sein, um eine Turbulenz zu erzeugen oder die Flocken zu verkleinern. Die optimale Rührgeschwindigkeit hängt demzufolge von der Größe und der Ausgestaltung der Apparatur ab und außerdem von der Natur der zu behandelnden Flüssigkeit; sie kann durch Routineuntersuchungen leicht festgelegt werden und liegt normalerweise bei solchen Umdrehungsgeschwindigkeiten, bei denen sich die Spitzengeschwindigkeit unterhalb von 1,5 m pro Sekunde hält. Nach einer gewissen Verweilszeit innerhalb der Ausflockungskammer fließt die flockenhaltige Lösung am oberen Ende der Ausflockungskammer über die Flüssigkeitsablenkungslippen 16, welche das Auftreten von^B^^ fchyferungskräften in dem Flüssigkeitsströmungsweg verhindern, in die Abscheidungskammer 10 hinein. Innerhalb dieser Abscheidungskammer steigen die Flocken als ein Schaum an die Oberfläche der Flüssigkeit und werden mit Hilfe des Abstreifers 5 in die Abflußrinne 2 geschoben, wobei sich der Feststoffabstreifer 5 mit einer langsamen, vom Motor 19 angetriebenen Umdrehung bewegt, beispielsweise mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von einer Umdrehung pro Minute. Das Feststoffmaterial wird dann aus der Abflußrinne 2 über den Feststoffauslaß 4 abgelassen; die geklärte Flüssigkeit wird aus dem Bodenteil der Abscheidungskammer über den Flüssigkeitsausgang 7 abgelassen.

In Fig. 2 stellen die überfließführungskappe 6 und die Flüssigkeitsab lenk ungs lt^o^pen 16 Vorrichtungen dar, welche es der flockenhaltigen Flüssigkeit ermöglichen, mit minimaler Bewegung aus der oberen öffnung der Ausflockungskammer 8 in die Abscheidungskammer 10 über-

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zutreten. Der gleiche Effekt kann allerdings auch dann erreicht werden, wenn die überfließführungskappe 6 durch eine oben offene ringförmige Hülse ersetzt wird; es müssen dann allerdings auch andersartige Mittel zur Stützung und zum Antrieb der Feststoffabs treif erplatten 5 vorgesehen werden. Ferner können die Kappe 6 und die Lippen 16 auch durch eine Vielzahl von symmetrisch angeordneten Führungsmitteln ersetzt werden, die außerhalb des Kopfteils der Ausflockungskammer 8 angebracht sind und den Flüssigkeitsströmungsweg aus der Ausflockungskammer in glatter Weise in die Abscheidungskammer hinein kanalisieren, und zwar unterhalb der in letzterer vorgesehenen Feststoffabstreiferanlage. Solche Führungsmittel können z.B. durch Leitflächen gebildet werden, welche Ausbuchtungen oder öffnungen am oberen Ende der Ausflockungskammer umgeben.

Als eine Alternativausführungsform des beschriebenen, durch den Motor 19 angetriebenen Stangenrührers 17 gemäß Fig. 2 kann die Bewegung im Ausflockungsbehälter auch dadurch hervorgerufen werden, daß die Flüssigkeit durch eine geeignet angeordnete Serie von feststehenden Leitflächen hindurchgeführt wird.

Obgleich in Fig. 2 nur ein einziger Flüssigkeitsausgang 7 gezeigt ist, ist es in der Praxis vorzusehen, einen Hauptring oder eine Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden verschiedenen derartigen, symmetrisch angebrachten Auslässen vorzusehen, die rings um den Bodenteil der Abscheidungskammer 10 angeordnet sind: beispielsweise kann eine kleine Klärungsapparatur drei derartige Flüssigkeitsauslässe enthalten, wogegen eine große Klärungsapparatur auch etwa 6 derartige Auslässe enthält.

Die Größe der Apparatur hängt von der gewünschten Durchgangsmenge für das Verfahren ab. Im allgemeinen ist es für die Abscheidungskammer unzweckmäßig, eine Tiefe zu besitzen, die eineinhalb Meteru«i\t wesentlichjüberschreitet; aus diesem Grunde ist es besser, den Durchmesser der Apparatur zu vergrößern, wenn man größere Durchsätze erzielen will und bereits die angegebene Tiefe erreicht hat. Andererseits sollte die Ausflockungskammer vorzugsweise ein Größenverhältnis der Höhe zum Durchmesser besitzen, das mindestens

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im Verhältnis 2 : 1 entspricht, und es ist vorzuziehen ein Größenverhältnis von mindestens 3 : 1 zu wählen, weil es auf andere Weise schwierig ist, einerseits die Grundfließbewegung in der Ausflockungskammer aufrecht zu erhalten und gleichzeitig eine befriedigende Vermischung mit Hilfe eines Stangenrührers, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, zu erzielen. In einer Klärungsapparatur von großen Dimensionen können die sich entgegenstehenden Zielsetzungen einer verhältnismäßig engen Abscheidungskammer und einer großen Ausflockungskammer dadurch in Übereinklang gebracht werden, daß man die Ausflockungskammer unterhalb des Bodens der Abscheidungskammer herausragen läßt, anstatt sie wie in Fig. 2 gezeigt, oberhalb des Bodens der Abscheidungskammer enden zu lassen.

Ein wichtiger erfindungsgemäß erzielbarer Vorteil liegt darin, daß man wesentlich schnellere Abscheidung von Ausflockungen aus FlÜS-sigkeiten erzielen kann, als sie bei den konventionellen Ki^aungsprozessen möglich ist. Dies kann wiederum im Vergleich zu den üblichen Zuckerraffinierungsprozessen unter Benutzung der Phosphatation-Flotation gezeigt werden. Bei den konventionellen Raffinierungsprozessen unter Bentuzung dieser Technik hält sich die typische Verweilzeit der Zuckerlösung innerhalb der Kl^rungsapparatur im Bereich von einer halben Stunde bis zu einer Stunde. In sprunghaftem Kontrast zu diesem Stand der Technik kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vergleichbare gute Klärung der Zuckerlösung mit einer Verweilzeit von 5 bis 10 Minuten in der Klärungsapparatur erreicht werden. Es ist leicht ersichtlich, daß eine solche scharfe Herabsetzung der Verweilzeit die Benutzung von wesentlich kleineren Klärungsapparaturen für ein vorgegebenes durchzusetzendes Volumen an Zukcerlösung gestattet, wodurch die Anlagengröße und auch die Betriebskosten herabgesetzt wecden. Die Tabelle 1 gibt typische Dimensionen für eine Klärungsapparatur gemäß Fig. 2 der Zeichnung an, und zwar zur Benutzung für die Zuckerraffinierung mit 4 verschiedenen Durchsätzen auf Basis einer Verweilzeit der Flüssigkeit von Minuten.

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	Durchmesser des Abscheiders (m)	Tabelle 1	Durchsatz (Tonnen Schmelz zucker pro Stunde)
Höhe	1,55	Durchmesser des Ausflockers (m)	10,8
1,22	2,38	0,40	22,5
1,37	2,80	0,52	45,0
1,52	3,77	0,70	90,0
1,67	0,94

Die Erfindung sei ferner durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele des Verfahrens näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel dient zur Schilderung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es für einen Phosphatations-Flotations-Prozeß in der Zuckerraffinierung Verwendung finden kann, und zwar ohne eine vorhergehende Zusetzung eines cationischen Oberflächenaktivstoffes.

Das Verfahren entspricht dem im Fließdiagramm der Fig. 1 der Zeichnungen angegebenen Verfahrensweg. Als Ausgangslösung (101 in Fig. 1) wurde eine 100 %ige Jamaica-Zuckerschmelzlauge in einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml pro Minute in einer Konzentration von 65° Brix und einer Temperatur von 80°C verwendet. Bei 102 im Fließdiagramm wurde eine erste Phosphatausflockung durch Zugabe von Phosphorsäure und von Kalkmilch als anorganische Ausflockungsmittel 103 zugegeben. Verschiedenen Konzentrationen von Phosphorsäure wurden in unterschiedlichen Verfahrensdurchgängen benutzt, und zwar entsprechend P₂0₅-Konzentrationen von 100 bis 600 ppm,' berechnet auf das Gewicht der Zuckerfeststoffe. Ein Verfahrensdurchgang wurde auch bei Null-Konzentration der Phosphorsäure, d.h. also ohne Konzentrationsausflockung, als Kontrollversuch durchgeführt.

Nach dem Luftzuführungsschritt 104 unter Benutzung eines Rührers

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mit dem Durchmesser von 7,6 cm einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 6,000 U.p.m. wurde die Flüssigkeit mit IO ppm (berechnet auf Basis der Zuckerfeststoffe) mit TALOFLOTE anionischem Polyacrylamid als Ausflockungsmittel versetzt, und zwar durch Einpumpen des Mittels in Form einer wässrigen Lösung welche 0,1 g des Ausflockungsmittels pro 100 ml der Lösung im Flüssigkeitsstrom enthielt, wodurch die zweite Ausflockung gebildet wurde.

In die Flüssigkeit wurde dann vor dem übertritt in die Abscheidungskammer 109 während einer bestimmten Zeit in der Ausflockungskammer 108 gehalten»eine Ausführungsform der in Fig. 2 gezeigten Apparatur im Laboratoriumsmaßstab wurde benutzt, welche die Ausflockungskammer innerhalb der Abscheidungskammer der Klärungsapparatur enthielt. Die Abscheidungskammer bestand aus einem zylindrischen Kessel mit 24 cm Durchmesser und 24 cm Höhe, deren Gesamtvolumen bei 9,8 1 lag und deren wirkendes Flüssigkeitsvolumen (d.h. das Gesamtvolumen abzüglich des Abstreiferbearbeitungsvolumens) betrug 8,4 1. Die innere Ausflockungskammer stellte eine zylindrische Röhre von 10 cm Durchmesser und 25,5 cm Höhe dar. Der Ausflockungsrührer wurde mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 350 ü.p.m. (entsprechend einer Ge-

ΛγΑ tejtv·

schwindigkeit der Flügelrührer> von 79 cm/Sekunde) betrieben, wogegen

* V"
der Feststoffschaumabstreiferxeiner Umdrehungsgeschwindigkeit von

1,2 U.p.m. umlief.

Die Reinheit der aus der Abscheidungskammer der Klärungsapparatur

tr ην*. ttfc.*ifc^
ablaufenden Flüssigkeit wurde ("durch Angabe ihres Abklingindex bei 42Onm (A.Ind._42o) in Milliabsorptionseinheiten (MAE). Der Abklingindex der Flüssigkeit wurde dann erneut gemessen, nachdem eine Milliporenfiltration durchgeführt worden war, und zwar unter Verwendung von Membranen mit einem Porendurchmesser von 450 nm unter Vakuum, so daß die Färbung der Flüssigkeit auf diese Weise gemessen wurde. Die Messungen wurden in Übereinstimmung mit Methode 4 der Internationalen Kommission für Methodenangleichung der Zuckeranalyse durchgeführt, unter Benutzung von "TALAMETER" (Handelsbezeichnung) - Oiorimeter mit einer 1 cm-Zelle unter Einhaltung eines pH-Wertes von 7,5 für die Lösung. Aus diesen Messergebnissen wurde ein "Trübungsindex" abgeleitet, indem man den Wert der Färbrmgsmessung von dem Wert bei der ersten Abklingindexmessung subtrahierte. Die prozentuale Entfärbung wurde also auf diese Weise berechnet, und zwar

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auf Basis der Färbung der Flüssigkeit in dem Kontrolldurchgang, welcher nicht der Phosphatation unterworfen war.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angeführt:

	Abkling index (MAE)	Tabelle	2	Trübung- Index	2	Prozentuale Entfärbung
Phosphat- Gehalt (ppm P ο,.)	2308	Färbung nach Filtration (MAE)	841		_
0	1184	1467	69	24
100	1066	1115	21	29
200	978	1045	0	33
300	927	978	11	38
400	924	916	47	40
500	889	877	46	43
600		843
	Beispiel

Die Reinigungsprozedur gemäß Beispiel.1 wurde mit Zuckerlösung wiederholt, und zwar unter Benutzung der gleichen Materialien und und Apparaturen und der gleichen Arbeitsbedingungen, ausgenommen der Unterschiedlichkeit, daß ein cationischer Oberflächenaktivstoff bei Beginn des Prozesses_der Zuckerlösung hinzugegeben wurde, um

gelost

die Ausfällung von darin/enthaltenen anionischen Verunreinigungen mit hohem Molekulargewicht zu bewirken.

Die Flüssigkeit wurde versetzt mit 500 ppm (berechnet auf den Zuckerfeststoffgehalt) des cationischen Oberflächenaktivstoffes (Dioctadecyldimethylammoniumchlorid),welcher unter dem Warenzeichen "TALOFLOC" in Handel erhältlich ist.

Die so vorbehandelte Flüssigkeit wurde dann der Phosphatation, Belüftung und der zweiten Ausbildung der Ausflockung und Klärung in genau der gleichen Weise unterworfen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist. Der Abkliiändex, die Färbung und der Trübungsindex

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- 20 - 2230B1 0

mit der prozentualen Entfärbung wurde in gleicher Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, festgestellt.

Die bei diesem Versuch erhaltenen Resultate sind in Fig. 3 angeführt. Es ergibt sich daraus unmittelbar, daß die erzielte Entfärbung durchgängig besser ist, als sie unter den Bedingungen des Beispiels 1 aufgefunden wurden, woraus sich die spezielle Aktivität des cationischen Oberflächenaktivstoffes für die Reinigung der Zuckerlösungen ergibt.

Tabelle 3

Phosphat- Gehalt (ppm P₂O₅)	Abkling index (MAE)	Färbung nach Filtration (MAE)	Trübung- Index	3	Prozentuale Entfärbung
0	2485	1350	1135
100	1430	659	771	51
200	920	623	297	54
300	754	604	150	55
400	6 85	611	74	55
500	659	596	63	56
600	655	598	57	56
		Beispiel

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der Ruhigstellung der zweiten Ausflockung innerhalb der Flüssigkeit für eine gewisse Zeitdauer vor der Abscheidung, und zwar in Verbindung mit dem Phosphatations-Flotations-Prozeß der Zuckerraffinierung.

Die auch in den Beispielen 1 und 2 verwendete Ausgangszuckerlösung mit einer Konzentration von 65° Brix wurde mit 500 ppm Oberflächenaktivstoff mit der Warenzeichenbezeichnung "TALOFLOTE" behandelt. Die Lösung wurde dann der Phosphatation bei 85 C und pH 7,5 unterworfen, wobei eine Phosphat-Konzentration entsprechend 250 ppm P₂°5 eingestellt und Luft eingeführt wurde. Die einzelnen Proben der Ausgangsflüssigkeit werden jeweils mit 5 und 10 ppm anionischem Polyacrylamid-Ausflocker "TALOFLOTE" (Warenzeichen) in der Form

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einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt von 0,1 % Gewicht pro Volumen versetzt, die Temperatur wurde auf 8O⁰C eingestellt, es wurde schwach gerührt (d.h. bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 30 bis 40 U.p.M.) in einem Becher, und zwar während unterschiedlicher Dauer, und danach wurde eine Klärung durchgeführt. Die Klärungszeit (d.h. die zur Bildung einer eindeutigen Abscheidung zwischen der Schaumphase und der geklärten Flüssigkeitsphase) wurde in jedem einzelnen Versuch gemessen. Auch das Schaumvolumen (als Prozentsatz des Gesamtvolumens) und die Trübung der unten abgesetzten Lösung wurden ebenfalls in jedem einzelnen Falle gemessen, und zwar nach 15 Minuten der Klärungszeit: die Trübung wurde in einer 4 cm-Zelle bei 900 nm gemessen und in Milliabsorptionseinheiten (MAE) angegeben.

Die Resultate von verschiedenen Durchgängen sind in Tabelle 4 angegeben, welche auch zu Vergleichszwecken Resultate anführt, welche in zwei Blindversuchen erzielt wurden. Diese Blindversuche wurden ohne Rühren der die zweite Ausflockung enthaltenden Flüssigkeit vor dem Klärungsvorgang durchgeführt. Es ist aus diesen Versuchsresultaten ersichtlich, daß die Ruhigstellung der zweiten Ausflockung in der Flüssigkeit vor der Durchführung der Klärung wesentlich geringere Trübungswert erhielt.

Tabelle 4

Rührdauer	Ausflocker- zusatz	Klärzeit (Minuten)	Schaum- Volumen	Trübung (MAE)
keine	* 5 ppm	1,0	16	7
	10 ppm	1,0	15	7
30 Sekunden	5 ppm	0,7	12	3
	10 ppm	0,3	10	3
1 Minute	5 ppm	0,5	11	1
	10 ppm	0,3	9	0
2 Minuten	5 ppm	1,0	12	2
	10 ppm	0,3	9	0

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Beispiel 4

Das Verfahren gemäß Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme genau wiederholt, daß kein cationisches Oberflächenaktivmittel benutzt und die Phosphatation mit einer Konzentration von 300 ppm an P₀O₁-, berechnet auf Basis der Zuckerfeststoffe, durchgeführt wurde, wobei die bei der zweiten Ausflockung eingehaltene Temperatur 70°C betrug und sowohl das Volumen des Schaumes bzw. aufgeschäumten Schlammes uid die Trübung der Flüssigkeit 30 Minuten nach der Klärung gemessen wurden.

Die dabei erhaltenen Resultate sind in der Tabelle 5 angeführt, welche wiederum, zu Vergleichszwecken, auch die Resultate anführt, welche in zwei Blindversuchen ohne Rührung für die zweite Flockung enthaltenden Flüssigkeit vor der Klärung wiedergibt. Es ist ersichtlich, daß die Trübungswerte höher liegen als bei den vergleichbaren Versuchsdurchgängen des Beispiels 3 (bei dem von cationischen Oberflächenaktivstoffen Gebrauch gemacht worden war), jedoch zeigen sie trotzdem wiederum eine scharfe Herabsetzung der Trübungswerte, wenn die zweite Ausflockung innerhalb der Flüssigkeit vor der Klärung einige Zeit in Ruhestellung belassen wurde.

	Abkling index (MAE)	Tabelle 5	Trübung- Index	Prozentuale Entfärbung
(ppm P₂O₅)	5 ppm	Färbung nach Filtration (MAE)	18	20
keine	10 ppm	3,0	14	17
	5 ppm	1,5	15	14
30 Sekunden	10 ppm	3,5	14	7
	5 ppm	1,0	16	12
1 Minute	10 ppm	4,0	13	5
	5 ppm	1,0	19	7
2 Minuten	10 ppm	6,0	13	2
	1,0

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223061Q

Beispiel 5

Schmelzzuckerlösung von 65° Brix wurde entsprechend der Verfahrensweise nach dem Schema der Fig. 1 unter Benutzung einer kombinierten Ausflockungs- und Abscheidungsklärapparatur gemäß Fig. 2 geklärt, bei dem die Abscheidungskammer 1 eine Tiefe und auch einen Durchmesser von 1,2 m besaß, die Ausflockungskammer 8 einen Durchmesser von 0,46 m aufwies und der Rührer 17 einen Durchmesser von 0,30matte.

Die aui einer Temperatur von 85°C gehaltene Lösung wurde zunächst mit 300 ppm, berechnet auf Zuckerfeststoffe, an ¹¹TALOFLOC" (Waren*- zeichen) als cationisches Oberflächenaktivmittel versetzt und in einer Geschwindigkeit von 1,37 m pro Minute in eine erste Ausflockungsstation (1.02, Fig. 1) eingespeist, wo sie unter Benutzung von 300 ppm P_0₅, berechnet auf Basis an Zuckerfeststoffen, der Phosphatation unterworfen wurde. Die phosphatierte Lösung wurde dann belüftet (104, Fig. 1),indem man Luft in den fließenden Strom der Flüssigkeit in unterschiedlichen Geschwindigkeiten einleitete, so wie es bei der unten im einzelnen angegebenen Darstellung gezeigt ist. Nach der Belüftungsstufe wurde die Luft-gesättigte Lösung mit 8 ppm, berechnet auf Zuckerfeststoffe, an dem anionischen Polyacrylamid-Ausflockungsmittel TALAFLOTE versetzt, indem man das Flockungsmittel (in der Form einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt an 0,1 % Gewicht/Volumen des Mittels) in den Lösungsstrom einpumpte, um auf diese Weise die zweite Ausflockung hervor-

i»t* ernte

zurufen. Die mit dem Wirkungsmittel versetzte Lösung schä dann in die Klärungsapparatur mit der Ausflockungs- und Abscheidungskammer, wobei der Rührer bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zur Rotation kam, wie es unten im einzelnen angegeben ist. Auch der _Schlammschaumabstreifer wurde in Drehung versetzt, und zwar durch unabhängige Antriebsmittel mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von IU.p.M.

Die Trübung der aus der Abscheidungskammer austretenden geklärten Flüssigkeit wurde wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, gemessen.

Wie erwähnt wurde bei einer Reihe von Vergleichsversuchen der Rührer mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotiert (wie es in

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der nachstehenden Tabelle 6 angegeben ist), während Luft in die Flüssigkeit während dem Belüftungsschritt mit einer Geschwindigkeit von 1,0 l/Minute eingeleitet wurde. Die dabei erhaltenen Resultate sind in der Tabelle 6 angeführt.

Tabelle 6

Rotationsgeschwindigkeit des Rührers (U.p.M.)

Trübung

O 10 20 30 40 50 60

42 42 38 36 20 18 18

In einer anderen Reihe von Experimenten wurde der Rührer jeweils mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 60 U.p.M. bewegt, während unterschiedliche Geschwindigkeiten der Lufteinleitung, wie sie in Tabelle 7 angegeben sind, Verwendung fanden; diese Tabelle 7 zeigt die Wirkung der Luftzuführungsgeschwindigkeit in die Lösung bei der Ausflockung.

	Tabelle 7	Trübung
Luftzufuhr/ Geschwindigkeit (Liter/Minute)	Einwirkung auf die Flüssigkeit in der Ausflockungskammer	20
0	Ruhende Ausflockung	20
0,5 .	Ruhende Ausflockung	18
1,0	Ruhende Ausflockung	25
1,5	Bewegte Ausflockung	28
2,0	Bewegte Ausflockung	50+
7,2	Erheblich verstärkte Bewegung

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Bei diesen Experimenten stellte man als bestes, d.h. also als geringstes Abschaumvolumen einen Wert von etwa 6 % des Gesamtvolumens fest.

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Claims

TÄTE & LYLE LIMITED Zeichen : MaT-14-P (1.8 367) Datum : 22. Juni 1972 Patentansprüche

1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus wässrigen Suspensionen, dadurch gekennzeichnet , daß man

d) das entstandene Gemisch innerhalb eines Ausflockungsbehälters in einer die Abscheidung der zweiten Ausflockung aus der Flüssigkeit verhindernden, jedoch das Größerwerden der Flocken ermöglichenden, nämlich einer nicht turbulenten Bewegung hält;

e) die Flüssigkeit aus dem Ausflockungsbehälter unter minimaler Bewegung in einen Abscheidungsbehälter überführt und

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausflockung durch Hinzufügen eines anorganischen Ausflockungsmittel zur wässrigen Lösung hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wässrige Lösung ein Zuckersirup, eine Zuckerlösung oder ein Zuckersaft verwendet wird und" als erste Ausflockung eine Phosphatation durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem dem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zu der wässrigen Lösung vor der Hevorrufung der ersten Ausflockung ein Oberflächenaktivmittel hinzugesetzt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als wässrige Lösung ein Zuckersirup, eine Zuckerlösung oder ein Zuckersaft: und als Oberflächenaktivmittel ein cationisches Oberflächenaktivmittel verwendet wird, und zwar vorzugsweise eine quaternäre Dialkyldimethylammoniumverbindung, wie Dioctadecyldimethylammoniumchlorid oder Dihexy/d'ecyldimethylammoniumchlorid.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zu der wässrigen Lösung das organische polymere Ausflockungsmittel in einer Anteilsmenge yon 1 bis 4tD ppm in Gewichtsteilen (Gramm) des Ausflockungsmittels, berechnet auf das Volumen (ml) der wässrigen Flüssigkeit hinzugefügt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als wässrige Lösung ein Zuckersaft verwendet wird und der polymere organische Ausflockungsstoff in einer Anteilsmenge von 1 bis 40 ppm in Gewichtsteilen, berechnet auf das Saftvolumen, hinzugefügt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als wässrige Lösung eine Schmelzzuckerlösung verwendet wird und das organische polymere Ausflockungsmittel in einer Anteilsmenge von 1 bis 20 ppm, vorzugsweise 5 bis 15 ppm an Gewichtsteilen, berechnet auf Feststoffgehalt der Zuckerlauge hinzugefügt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das polymere organische Ausflockungs mittel dei?wässrigen Lösung .. in der Form einer wässrigen Suspension oder Lösung hinzugefügt wird, welche 0,025 bis 0,25 Gramm, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gramm des Ausflockungsmittels pro 100 ml enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausflockungsmittel in die wässrige Lösung unter solchen Bedingungen eingemischt wird, daß die Turbulenz der Mischung einer Reynolds-Zahl von 3.000 bis 20.000, vorzugsweise

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einer Reynolds-Zahl von 5.000 bis 10.000 entspricht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g ekennzeichnet , daß das organische polymere Ausflockungsmittel zu der wässrigen Lösung in der Form einer Vormischung mit einer kleinen Anteilsmenge, beispielsweise etwa 2 bis 10 %, der geklärten, als Endprodukt des Verfahrens gewonnenen Lösung, beigemischt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die nichtturbulente Bewegung des Gemisches der wässrigen Flüssigkeit und des organischen polymeren Ausflockungsmittels dem Ausflockungsbehälter mit Hilfe eines langsam rührenden Flügelrührers erzielt wird, der eine Spitzengeschwindigkeit von etwa 0,3 bis 1,5 m/sec. aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der wässrigen Lösung mit dem organischen polymeren Ausflockungsmittel im Ausflockungsbehälter für eine Zeitdauer von 15 Sekunden bis 5 Minuten, vorzugsweise von 30 Sekunden bis 3 Minuten, vor der überführung in den Abscheidungsbehälter im Ausflockungsbehälter verweilen läßt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausflockung und die Abscheidung in einer einzigen Klärungsapparatur durchgeführt wird, welche einen Ausflockungsbehälter und einen Abscheidungsbehälter als zwei getrennte Durchflußkammern aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflockung und die Abscheidung in einer Apparatur durchgeführt wird, welche folgende Bauelemente enthält:

a) eine Abscheidungskammer (1.) ;

b) eine in der Abscheidungskammer zentral angeordnete Ausflockungskammer (8) ;

c) eine den Kopfteil der Abscheidungskammer umgebende Abflußrinne (2);

d) einen am Boden der Ausflockungskammer angeordneten Rohlösungs-

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einlaß (13);

e) innerhalb der Ausflockungskammer befindliche Flüssigkeitsbeweger (17) ;

f) eine das überfließen der flockenhaltigen Flüssigkeit vom Kopfteil der Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer hinein mit minimaler Bewegung ermöglichende überfließführungskappe (6);

g) zur überführung der aufgeschwommenen ausgeflockten Feststoffe aus der Abscheidungskammer in die Abflußrinne hinein konstruierte Feststoffabstreifer und

h) einen am untersten Teil der Abflußrinne angeordneten Feststoffausgang.

16. Apparatur zur Abscheidung der ausgeflockten Feststoffe aus einer Flüssigkeit durclyFlotationsklärung, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Bauelemente aufweist:

a) eine Abscheidungskammer (1.);

b) eine in der Abscheidungskammer zentral angeordnete Ausflockungskammer (8) ;

c) eine den Kopfteil der Abscheidungskammer umgebende Abflußrinne (2);

d) einenam Boden der Ausflockungskammer angeordneten Rohlösungseinlaß (13);

e) innerhalb der Ausflockungskammer befindliche Flüssigkeitsbeweger (1.7);

f) eine das überfließen der flockenhaltigen Flüss&eit vom Kopfteil der Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer hinein mit minimaler Bewegung ermöglichende überfließführungskappe (6);

h) einen am untersten Teil der AbfLußrinne angeordneten Feststoffausgang.

17. Apparatur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Abscheidungskammer einen zylindrischen oben offenen Tank besitzt.

18. Apparatur nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß sie als Ausflockungskammer

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einen zylindrischen Tank mit einer verjüngt nach unten zulaufenden Bodengestaltung enthält.

19. Apparatur nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet , sie als Mittel zur Ermöglichung eines überlaufens der flockenhaltigen Flüssigkeit aus dem Kopfteil der

Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer hinein eine ringbe förmige, den oberen Teil der Ausflockungskammer umge4ide Ummantelung (6.) und einen die ,Ef^chjf/erungskräfte bei dem überlaufen der Flüssigkeit vermindernden Flüssigkeitsablenkungslippenring (16) am oberen Teil der Ausflockungskammer enthält.

20. Apparatur nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mittel zur Ermöglichung einer mit minimaler Bewegung erfolgenden Überführung der flockenhaltigen Flüssigkeit aus der Ausflockungskammer in die Abscheidungskammer hinein eine Vielzahl von praktisch vertikalen symmetrisch außerhalb des Kopfteiles der Ausflockungskammer angeordneten Führungsplatten enthält, welche beispielsweise als Leitbleche geformt sind, welche am oberen Rand der Ausflockungskammer angebrachte Einbuchtungen oder Öffnungen umgeben.

21. Apparatur nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Abscheidungskammer (1) eine Höhe besitzt, welche 1,5 m nicht überschreitet.

22. Apparatur nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflockungskammer (8) ein Größenverhältnis von Höhe : Durchmesser aufweist, welches mindestens 2 :1, vorzugsweise mindestens 3 : 1 beträgt.

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