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Gegenstrom-Fällverfahren für organische Kolloide
Es ist bekannt, kolloidale
organische Stoffe, die sich in 1 Losung befinden, mittels eines Stoffes, der fällend
auf organische Kolloide wirkt, dua der Lösung auszufällen und das Koagulat dann
entweder durch Filtration, I)ekantation usxv. zu gewinnen. Das Aufällen von koloidal
gelösten Stoffen spielt sowohl in der Nahrungsmittel- und Verbrauchsgüterindustrie
als auch in der chemischer Industrie eine bedeutende Rolle und wird bisher in allgemeinen
diskontinuierlich durchgeführt. e nachdem. ol) der kolloidale Stoff Wasser löslich
oder in einem organischen Lösungsmittel löslich ist. wird er entweder mittels organischen
Lösungsmittels oder Wasser oder auch Metallsalz-oder Säurelösungen ausgefällte Als
Beispiele seien genannt die. \usfälluiig von Algiat-, Pektin- oder Proteinlösungen
mittels Alkohol oder Metallsalz-oder Säurelösungen oder die Ausfällung von Acetylcellulose,
die in Eisessig gelöst und dann in Wasser ausgefällt wird, oder die Ausfällung von
Nitrocellulose oder Nitropektin, das in Salpetersäure oder Aceton gelöst ist und
mit Wasser ausgewillt wird.
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Es wurde nun gefunden. daß man Lösungen Non organischen kolloidalen
Stoffen kontinuierlich ausfällen und das Koagulat von anhaften, den Begleitstoffen
liefreien kann, wenn man die Lösung mit einem geeigneten Gas verschäumt und durch
eine Anzahl Düsen in einen stehenden zylindrischen Apparat @inspritzt, in dem sich
das auf die Lösung fällend wirkende Medium befindet. Bei Eintritt der mit Gas verschäumten
kolloidalen Lösung in das zur Fällung dienende Medium tritt sofort IKoagulation
ein, und das Koagulat steigt infolge seines
Gasgehaltes in dem zur
Fällung dienenden Medium auf und bildet im Oberteil des Fällapparates eine au Ie
i nande rl i egende flockenartige Schwimmschicht, die laufend herausgenommen und
notfalls mit Chemikalien behandelt werden kann. Am Kopf des Fällapparates wird laufend
frisches Fällmittel zugegeben und gleichzeitig das gereinigte Koagulat ausgetrageit.
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An Hand der Abb. I sei die Arbeitsweise des Apparates beschrieben.
Der zylindrische Behälter I, mit einem Durchmesser von I bis 3 m und einer Höhe
Ivon 6 bis I2 m, trägt im Unterteil sechs bis acht Düsen zum Einleiten der mit einem
Gas verschäumten kolloidalen Lösung, die über die Ringleitung 3 den Düsen zugeführt
wird. Der aus den Düsen austretende Schaum koaguliert sofort in dem Raum 4, der
mit Fällmitteln angefüllt ist.
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I)as Koagulat steigt infolge seines Gasgehaltes verhältnismäßit rasch
durch den Raum 4 auf bis an die Grenzschicht 5, an der sich das Koagulat sammelt.
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Durch ein langsam laufendes Rührwerk 6 wird die Koagulatschicht laufend
durchgerührt, um Kanalbildung innerhalb des Koagulates zu vermeiden.
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Am Kopf des Apparates wird durch die Düsen Z laufend frisches Fällmittel
zugesetzt und durchri. selt die Koagulatschicht von oben nach unten.
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Hierbei werden gegebenenfalls dem Koagulat noch atihaftende lösliche
Verunreinigungen herausgenommen und nach unten abgeführt. So wird beispielsweise
beim Fällen von Celluloseacetat die dem Koagulat noch anhaftende Essigsäure vom
Wasser herausgelöst, so daß am Kopf des Fällapparates ein säurefreies Koagulat,
oder alter beim Fällen von Alginat-oder Pektinlösungen werden die im Koagulat befindlichen
löslichen Extraktivstoffe druch das Fällmittel, in diesem Falle Alkohol, herausgenommen,
so daß am Kopf des Fällapparates ein praktisch wasserfreies gereinigtes Koagulat
entnommen werden kann. Durch die Schnecke 8 wird das Koagulat aus dem Fällapparat
laufend entfernt. Am Fuß des Fällapparates läuft das überschüssige Fällmittel durch
die Ringleitung 9 über das durch Seilzug nebst Winde 15 betätigte Überlaufstandrohr
10 kontinuierlich durch die Leitung ii ab. Falls es sich um ein Lösungsmittel-Wasser-Genetisch
handelt, wie es zur Fällung von Wasser liijlichen kolloidalen Stoffen verwendet
wird, wird dieses durch Destillation wieder aufgearbeitet ; falls es sich um ein
Essigsäure-Wasser-Gemisch handelt, wie es bei der Fällung von Acetylcellulose anfallen
würde, kann das Gemisch gleichfalls durch lestillation wieder getrennt werden. Geschieht
die Fällung mittels Metallsalzlösungen, so kann, soweit es sich um wertvollere Metalle,
beispielsweise Kupfer oder Nickel, handelt, das Metall auf elektrolytischem chemischem
Wege oder durch Kationenaustausch wiedergewonnen werden. Das über die Schnecke 8
aus dem Fällapparat herausgenommene Koagulat kann in üblicher Weise durch Abpressen
von dem anhaftenden Fällmittel befreit und anschließend getrocknet werden. Soll
das Koagulat noch mit Chemikalien, beispielsweise mit Säure oder Lauge, behandelt
werden, so können diese durch die Düsen 12 im Oberteil des Fällapparates zugeführt
werden. Überschüssige Chemikalien, beispielsweise Säure oder Lauge, werden dann
im Oberteil des Fällapparates durch das Fällmittel aus dem Koagulat herausgewaschen.
Gleichfalls ist es möglich, den günstigsten PH-Wert für die Fällung mit Säure oder
Lauge, die bei 13 über das MeL gerät 14 zugegeben wird, einzuregeln. Es ist auch
möglich, bei 13 fällend wirkende Zusätze, beispielsweise SIetallsalzlösung, zuzuführen,
um den Fällen vorgang zu beschleunigen. Werden zum Fällen von koiloidal in Wasser
gelösten Stoffen beispielsweise Metallsalzlösungen oder Säurelösungen verwendet,
so ist unter Umständen eine hohe Konzentration der betreffenden Lösung erforderlich,
um eine rasche Fällung zu bewerkstelligen. Zu diesem Zwecke kann die in Abb. 2 schematisch
dargestellte Apparatur verwendet werden. In dem zylindrischen Fällapparat 31 mit
den Schaugläsern 26 und 28 strömt durch die Düsen 29 über die Leitung 30 die mit
Luft oder einem anderen geeigneten Gas verschäumte kolloidale Lösung in die sFällzone
32, in der sich das konzentrierte Fällmittel befindet, ein.
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Das Koagulat steigt dann in den konischen Trichter 25, der sich innerhalb,
des Fällapparates hefindet, auf und bildet in diesem den Pfropfen 16, der durch
die schwimmende IKoagulatschicht 17 im Oberteil des Fällapparates aufrechterhalten
wird. Die Beobachtung der Koagulatschicht I7 erfolgt durch di Schaugläser 26, Am
Kopf des Fällapparates befindet sich ein konischer Aufastz 27, in dem die Entwässerung
des Koagulates stattfindet. Durch die Düsen 19 und das SIeßorgan 20 kann die Koagulatschicht
laufend beispielsweise mit Wasser berieselt werden, um die dem Koagulat anhaftenden
Begleitstoffe, beispielsweise Fällmittel, auszuwaschen. Über die Ringleitung 21
und das heb- und senkbare Steigrohr 22 gelangt das Waschwasser aus dem Fällapparat
heraus und fließt bei 23 ab.
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Über das Meßgerät 24 kann laufend etwas frisches Fällmittel in den
Raum 32 zugespeist werden, um die Verluste, die durch das Mitschleppen von Fällmitteln
durch das Koagulat entstehen auszugleichen.
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Der Fällapparat kann mit oder ohne Rührwerk zum Durchrühren der Koagulatschicht
betrieben werden. Das durch die Austragschnecke 18 entfernte Koagulatkonzentrat
kann außerdem durch Pressen, Schüttelsiebe od. dgl. noch weiter konzentriert werden,
und zwar beträgt die Konzentrierungsmöglichkeit je nach der Größe des Fällapparates
und der Art des Koagulates das 2- bis 8fache des Gehaltes der zur Fällung gekommenen
Lösung, wenn beispielsweise der Gehalt der Lösung an kolloidalem Stoff etwa 0,5
l>is 1% beträgt. Das aus dem Fällapparat entweichende Waschwasser, in dem zum
Teil Fällmittel gelöst is,t kann entweder zwecks Wiedergewinnung des Fällmittels
aufgearbeitet werden oder, falls billige Fällmittel zur Verwendung kommen. fortlaufen.
Das Koagulat wird nach dem Pressen meist in üblicher Weise getrocknet und zerkleinert.
Es ist auch denkbar, die in Abb. I und 2 beschrielienen Fällverfahren miteinander
zu kombineren, in der Weise, daß zuerst
die Fällung uittl Konzentration
iii der zuletzt 1 schriebenen Weise vorgenommen wird und dann die völlige Entwässerung
des Koagulates in der in Abb. E beschrieben@n Apparatur geschieht. In der \ltlt.
3 ist eine solche koml>inierte Anlage schematisch dargestellt, wobei die Bezeichnungen
der Apparaturen aus Abb. 1, und 2 entnommen wurden.
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Die Vorgänge in den Apparaturen sind die gleichen, sie schott oben
beschrieben wurde. Es wird lediglich bei der kombinierten anlage aus dem Entwässerungsturm
1 Lösungsmittel itei 9 entnommen und durch die Pampe 35 mittels Meßgerät 33 in die
Schnecke IS des Fäll- uiid Konzentrierungsapparates gepampt, so daß das Koagulat
mit dem Lösungsmittel zusammen durch die Leitung 34 und 3 und di, Düsen 2 beispielsweise
in den mit orgalliscllem l. Lösungsmittel arbeitenden Apparat übergeführt wird.
Diese letztgenannte Fällmethode wird matt immer dann vtrxvendell, wenn organische
Kolloide de mittels Metallsalzlösungen oder auch Säurelösungen fällbar sind und
nachträglich mittels organischem 1 Lösungsmittel noch gewaschen und möglicherweise
das mit dem Kolloid zur Reaktion gekommene Nletall beseitigt werden muß. Es bestellt
weiterhin die Möglcihkeit, durch Zugalte von Chemikalien bei 12 das Koagulat chemisch
in irgendeiner gewünschten Richtung zu verändern.
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Der Überschuß der zugegeben@n Chemikalien wird durch das neue Lösungsmittel,
mit dem die Koagulatschicht behandelt wird, herasugewaschen.
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Beispeil 1 Eine salzsaure Apfelpektnlösung mit einem Gehalt von etwa
o. s°/o fälbarem Apfeltrockenpektion wirl mit 1 oft verschäumt und nach Abb. I durch
die Ringletiung 3 und Düsen 2 dem Fällapparat zugeführt. lJei einem Durchmesser
von etwa 3 m und einer Höhe tles Aparates von 10 m können etwa 5 m3 vorgenannter
1 Lösung je Stunde zur Fäl-1 ut gebracht werden. In deit Fällzonen herrscht eine
Alkoholkonzentration von 40 Gewichtsprozent.
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Der Apparat wird am Kopf durch die Düsen 7 mit 3.7 m3 je Stunde 95%igem
Alkohol berieselt, so daß aus der Schnecke 8 das Koagulat mit einem Alkoholgehalt
von 91 Gewichtsprozent abgezogen wird.
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Der dem Koagulat anhaftende Alkohol wird dann durch Pressen entfent.
Die überschüssige saure alkoholische Lösung voll 40 Gewichtsprozent wird über die
Ringl. itung 9 ung das Überlaufrohr 10 kontinuierlich abgezogen und tier Destillationsatil
age zugeführt.
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Beisp i c 1 2 Eine Alginatlösung mit einem Gehalt von 0,4% fällbarem
Natrinmalginat wird in der Apparatur ttaclt Abb. 2 2 mittels Schwefelsäure ausgefällt.
Bei cinem Drucmesser des Apparates von 2 m und einer Höhe von 10 m können je Stunde
5 m3 Alginatlösung zur Fällung gebracht werden. I)ie Ausfällung geschieht in der
Fällzone 32, in der sich 1/10 normale Schwefelsäure befindet, wobei die Verluste
von etwa t oo 1 je Stunde über das Meßgerät 24 ergänzt werden, Die mit Luft verschäumte
Algintlösung wird über die Ringleitung 30 den Düsen 29 zugeführt und fällt in der
t/j0 normalen Schwefelsäure sofort als Alginsäure aus, und das Koagulat steigt infolge
seines Luftgehaltes in den konischen Trichter 25, in dem es den Pfropfen I6 bildet,
auf. Die Alginsäure bildet dann in dem Fällapparat die Schicht 17, die mittels 3
m3 Wasser je Stunde, das über das Meßgerät 20 und die Ringleitung 19 zugeführt wird,
ausgewaschen wird. In dem konischen Teil 27 des Fällapparates tritt dann die Vorkonzentrierung
ein, so daß das Alginsäurekoagulat durch die Schnecke 18 mit einem Trockengehalt
von 3 0/o abgezogen und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden kann. Das Waschwasser
einschleßliche der überschüssigen Lösung verläßt den Fälapparat durch die Ringleitung
21 und wird über das heb- und senkbare Steigrohr 22 und die Leitung 23 abgezogen.
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Beispiel 3 Soll das nach Beispiel 2 erzeugte Alginsäurekoagulat in
Natriumalginat umgewandelt werden, so muß entsprechend Abb. 3 das der Schnecke 18
entnommene Alginsäurekoagulat noch einem zweiten Fällapparat zugeführt werden, in
dem das Koagulat durch Natronlaugewaschung in Natriumalginat umgewandelt und gleichzeitig
durch eine Behandlung mit Alkohol entwässert wird. Hierzu wird nach Abb. 3 ein Teilstrom
der über die Ringleitung g und heb- und senkbarem Steigrohr 10 altlaufenden alkoholischen
Lösung (55 Gewichtsprozent Alkohol) über die Pumpe 35 und das Meßgerät 33 der Schnecke
I8 zugeführt, so daß die Flüssigkeit mit dem Koagulat zusammen durch die Leitung
34 - 3, die Düsen 2 in den Fällapparat I mit etwa 3 m Durchmesser und 10 m Höhe
gespült wird. Infolge, des Luftgehaltes des Kaogulates steigt dieses in dem Alkoholfällapparat
auf und bildet die Schicht 5, die laufend durch die Düsen 7 mit 1 m3 je Stunde 950/oigem
Alkohol und durch die Düsen 12 mit lool je Stunde n/I NaOH-Lösung berieselt wird.
Druch die Berieselung mit Natronlauge wird das Alginsäurekoagulat in Natriumalginat
umgewandelt. Da jedoch an der Stelle der Natronlaugeeinleitung bereits eine Alkoholkonzentration
von etwa 75 Gewichtsprozent herrscht, löst sich das gebildete Natriumalginatkoagulat
nicht mehr auf, sondern steigt infolge seines Luftgehaltes langsam auf und wird
durch den von oben durch die Koagulatschicht rieseln, den Alkohol alkali frei gewaschen
und weiter entwässert, so daß bei 8 ein alkalifreies Natriumalginatkoagulat mit
etwa 2 bis 3% Trockengehalt abgezogen werden kann. Durch mechanisches Pressen und
anschließendes Trocknen erhält man dann ein Natriumalginatpulver.