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Verfahren und Vorrichtung zum Trennen organischer feinster Teilchen
aus Flüssigkeitssusp ensionen
Es ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, gemäß
welchem kolloidale Stoffe aus Flüssigkeitssuspensionen in der Weise ausgeschieden
werden, daß man eine Zusammenballung der kolloidalen Teilchen durch eine Stoß- oder
Schlagwirkung auf eine Prallfläche vornimmt.
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Gemäß diesem Verfahren wird die zu behandelnde Flüssigkeit mit Luft
oder Gas unter Druck in einen Ejektor eingeführt, in welchem eine Ausscheidung der
Luft, des Gases oder des Gas-Luft-Gemisches aus der Flüssigkeit, in der diese gelöst
waren, bewirkt wird.
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Die Luft oder das Gas wird deshalb unter Druck eingebracht, um die
Stoß- oder Schlagwirkung zu steigern. Hieraus ergibt sich aber die Notwendigkeit,
die Flüssigkeit in kaltem Zustand zur Behandlung zu bringen, da die Löslichkeit
der Luft oder des Gases mit Maßgabe der ansteigenden Temperatur verringert würde.
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Außerdem muß die Behandlung der Flüssigkeit in einem geschlossenen
Kreislauf vorgenommen werden; denn es ist unmöglich, in einem einzigen Durchgang
durch den Ejektor die Luft- oder Gasmenge auszuscheiden, die für die Adsorption
der Luft durch die Anhäufungen feinster Teilchen innerhalb der Flüssigkeit erforderlich
ist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich demgegenüber
im wesentlichen dadurch, daß die Flüssigkeit in ihrer Gesamtmenge, so wie sie ursprünglich
vorliegt, d. h. ohne Hinzufügen irgendwelcher weiterer Mittel, in eine Vorrichtung
gegeben wird, welche die Dispersion in
Form eines Films oder eines
dünnen Schleiers in Luft oder eine Gasatmosphäre vornimmt. Der Flüssigkeitsfilm
wird dann unter großem Luft-oder Gasüberschuß einem Aufprall gegen eine oder mehrere
Prallflächen ausgesetzt, die um die Dispergiervo,rritdhtung in der Weise angeordnet
sind, daß durch die Heftigkeit des Aufpralls eine Fixierung der Luft an den feinsten
Teilchen herbeigeführt wird, die auf diese Weise abgesondert werden, wobei die Luft
in die Anhäufungen der feinsten Teilchen eindringt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich demgemäß von dem
bekannten durch das Vermeiden einer voraufgehenden Gas anreicherung der Flüssigkeit,
so daß also die Behandlung dieser kolloidale Teilchen enthaltenden Flüssigkeit in
offenem Kreislauf vorgenommen wird. Hierzu wird eine kreisförmige Aufprallfläche
benutzt, welche die Dispergiervorrichtung vollständig umgibt.-Das erfindungsgemäße
Verfahren läßt sich demgemäß in wesentlich weiterem Maße anwenden als das bekannte
und kann z. B. mit Erfolg auf Zuckersäfte in Zuckerraffinerien angewandt werden,
deren Behandlung zwischen 65 und SoO erfolgt.
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Die Trennung kann als ein umgekehrtes Absetzen angesehen werden,
d. h. also, daß die Teile sich in einer Ordnung übereinander lagern, die nicht mehr
derjenigen entspricht, die sie natürlicherweise auf Grund ihrer ursprünglichen Dichte
annehmen würden.
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Unter der Wirkung des Trennvorganges schwimmt die Gesamtmenge der
Ausflockungen an der Oberfläche, und man braucht lediglich die nun klar gewordene
Flüssigkeit unten abzuziehen.
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In gewissen Fällen kann es von Vorteil sein, der kolloidalen oder
halbkolloidalen Lösung eine gewisse vorher bestimmte Menge eines Stoffes zuzusetzen,
der die Ausflockung oder die Suspension des zu entfernenden Bestandteiles hervorruft.
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Man kann die Vermischung von Luft oder Gas mit den Partikeln oder
Flocken mittels eines Zentrifugalzerstäubers vornehmen, in den man die zu behandelnde
Flüssigkeit hineingibt.
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Der Zerstäuber besteht im wesentlichen aus einem sich drehenden Zylinder,
der die Flüssigkeit mit der erforderlichen Geschwindigkeit in Form eines Films oder
eines sehr schmalen Strahles in Luft oder in Gas zerteilt, wobei sich die Teilchen
bis zur Berührung mit den den Zerstäuber umgebenden Wänden damit vermischen werden.
Die Luft oder das Gas verbindet sich also mit den Partikeln in dem Zeitraum bzw.
Zwischenraum zwischen dem Austritt aus dem Zerstäuber und dem Ende der Vermischung,
und zwar wahrscheinlich im Augenblick des Auftreffens auf die Prallfläche. Der Überschuß
an Luft oder Gas, das auf diese Weise mit der Flüssigkeit vermischt ist, entweicht,
so daß hierdurch das Aufsteigen der von Luft oder Gas umkleideten Mizellen noch
weiter begünstigt wird.
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In Fig. I der Zeichnung ist schematisch und lediglich als Beispiel
eine Ausführungsart- des Verfahrens wiedergegeben.
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Ein sich drehender Zylinder I, der als Zerstäuber dient und mit Flüssigkeit
z. B. von oben durch eine Eintrittsöffnung 2 beschickt wird, ist von einem Gefäß
3 umgeben. Die Flüssigkeit wird in einen Mitnahmeverteiler 4 gegeben, der mit dem
Zylinder I aus einem Stück besteht und durch eine Schraube 6 an einer Aufhängung
7 befestigt ist, durch welche die Drehbewegung hervorgerufen wird. Der Zylinder
ist mit einer Schwungscheibe ii ausgestattet.
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Die Flüssigkeit rinnt längs der inneren Wandung des Zylinders, der
mit hoher Geschwindigkeit umläuft, herunter und wird durch die Zentrifugalkraft
als Film8 an die Prallfläche, die durch den Mantel 3 gebildet wird geschleudert.
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Der Zylinder kann nach unten hin offen sein, um das Ausschleudern
in Fächerform unterhalb des unteren Randes des Zylinders zu ermöglichen. Er kann
auch vollständig oder teilweise nach unten zu abgeschlossen sein. In diesem Fall
findet die Zerstäubung durch Strahlen statt, die durch am Umfang vorgesehene Öffnungen
austreten. Das Auftreffen erfolgt in einer Zone Z, die als Stoßzone bezeichnet wird.
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Der Mantel 3 ist mit einem Boden 9 versehen, der eine Austrittsöffnung
S für die behandelte, mit Gasbläschen durchsetzte Flüssigkeit aufweist. Der gesamte
Inhalt wird in ein Absetzgefäß gegeben, das in der Fig. I nicht dargestellt ist.
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Die angestrebte Wirkung kann auch auf jede beliebige Weise herbeigeführt
werden, die geeignet ist, den Partikeln oder der Ausflockung Luft oder ein anderes
geeignetes Gas zuzuführen.
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Man kann z. B. gemäß Fig. 2 die trübe Lösung unter Druck in einen
Behälter 10 geben, der mit Austrittsöffnungen II versehen ist, durch welche die
Flüssigkeit in Bandform oder in ausreichend dünnen Strahlen austritt, um die innige
Berührung der Luft oder des Gases mit den Partikeln sicherzustellen und die Vereinigung
der Luft oder des Gases im Augenblick des Auftreffens gegen eine Stoßfläche I2,
die in der oder den Austrittsbahnen liegt, zu ermöglichen. Die Stoß zone is mit
Z bezeichnet.
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An die Stoßfläche 12 schließt sich ein Teil I3 an, der den unteren
Teil des Behälters Io umgibt, wobei ein Zwischenraum 14 gebildet wird, der mit einer
Austrittsöffnung S für die Flüssigkeit und die eingehüllten Partikel ausgestattet-ist.
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Die Trenngeschwindigkeit kann in der Weise geregelt werden, daß man
z. B. die Temperatur der ausgeflockten Flüssigkeit, die Geschwindigkeit des Mitnahmezylinders,
den Durchmesser der Austrittsöffnungen für die Flüssigkeit aus dem Mitnahmezylinder,
den Abstand zwischen der oder den Austrittsöffnungen und der Stoßzone der Aufnahmefläche
verändert. Man kann auch im Fall der Fig. 2 den Druck ändern, unter dem die Flüssigkeit
steht, oder die Form und den Querschnitt der Austrittsöffnungen II.
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Für gewisse Flüssigkeiten kann man auch die Menge oder die Art des
Schäumungszusatzes abändern, der gegebenenfalls in vorzubestimmenden Mengen zuzusetzen
wäre.
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Man kann auch den Zentrifugalzerstäuber sich in einem nicht luftdicht
abgeschlossenen Mantel, zu dem die Luft freien Zutritt hat, drehen lassen und auf
diese Weise die Flüssigkeit mit Luft vermischen.
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Dieser Fall ist in Fig. I dargestellt, gemäß der man am oberen Rand
des Mantels bei S1 und am unteren Rand bei S eine Verbindung mit der Außenluft vorgesehen
hat, und in Fig. 2, wo eine Verbindung mit der Atmosphäre gegebenenfalls bei S und
SO besteht.
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Wenn die Natur der Flüssigkeit oder eines ihrer Bestandteile es erfordert,
daß die Vermischung in einer gasförmigen und von Luft verschiedenen Umgebung stattfindet,
muß die Ausbildung des den Zylinder umgebenden Mantels so vorgenommen werden, daß
sie luftdicht und mit entsprechenden Rohrzuführungen versehen ist, um das Gas oder
die Gasmischung einzuführen.
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Nach einer derartigen Behandlung kann die vermischte Flüssigkeit
zur Durchführung der Trennung z. B. mit einer gewissen Vorsicht in einen Behälter
I5 nach Fig. 3 gegeben werden, der mit einer Eintrittsöffnung I6 für die Flüssigkeit
versehen ist und in seinem Innern längs seiner Wandung eine Wendelrinne I7 aufweist,
deren Neigung ausreichend ist, um ein Abwärtsfließen durch das Eigengewicht der
vermischten Flüssigkeit, ohne heftige Bewegungen hervorzurufen, sicherzustellen.
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Die Geschwindigkeit des Trennvorganges kann noch dadurch abgewandelt
werden, daß der Trennbehälter 15 in der dargestellten Weise eine doppelte Wand 18
aufweist, von der ein Teil unter Umständen gegen Wärmeverluste isoliert ist.
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In dem zwischen den beiden Wänden gebildeten Raum kann man gegebenenfalls
eine heiße oder kalte Flüssigkeit umwälzen, die es erlaubt, entsprechend den jeweils
vorliegenden Bedingungen die Temperatur des Schaumes oder der Flüssigkeit sowie
damit in gewissem Ausmaße die Auftriebsgeschwindigkeit der mit dem einen oder anderen
Gas ausgestatteten Partikel zu ändern.
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Zusammenfassend wäre also nach der vorliegenden Erfindung die Behandlung
zur Klärung einer kolloidalen oder halbkolloidalen, gegebenenfalls Flocken enthaltenden
Flüssigkeit im Rahmen einer physikalischen, chemischen oder chemisch-physikalischen
Behandlung beispielswei,se etwa die folgende: A. Erforderlichenfalls Erwärmung der
zu behandelnden Flüssigkeit; B. Ausflockung der Mizellen durch physikalische, chemische
oder chemisch-physikalische Einwirkung, soweit die Mizellen nicht bereits natürlich
ausgeflockt sind; C. Aufwärmen oder Abkühlen der die Flocken enthaltenden Flüssigkeit
vor der mechanischen Behandlung; D. Hinzufügen eines oder mehrerer Schaumbildner;
E. Adsorption von Luft oder einem Gas an den ausgeflockten Partikeln durch mechanische
Einwirkungen; F. Klärung unter Abscheidung durch Auftrieb (umgekehrter Absetzvorgang)
in einem Behälter; G. Abziehen der geklärten Flüssigkeit mittels eines Siphons oder
durch eine Pumpe.
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Die von Luft eingehüllten Ausfiockungen, die nach dem Trennvorgang
praktisch frei von Mutterlauge sind, können anschließend in kontinuierlich arbeitende
Zentrifugen gegeben werden, so wie sie z. B. in den belgischen Patentschriften 460
523 und 462 699 beschrieben sind, oder in entsprechende, mit Unterbrechung arbeitende
Apparate zur Behandlung der Sedimente oder schließlich durch Rotations- oder andere
Filter oder durch Schlammabscheider mit Korbeinsätzen und gegebenenfalls mit Kratzvorrichtungen.
Es hat sich gezeigt, daß die ausgeflockten Partikel sehr leicht die von ihnen im
Lauf des Trennvorganges zurückgehaltene Flüssigkeit durch normales Zentrifugieren
freigeben. Im übrigen kann man, wenn die Schlammablagerungen, die aus den der Schlammzentrifuge
oder dem Filter entnommenen Flockenzusammenballungen gebildet werden, noch verwertbare
lösliche Stoffe enthalten, diese auswaschen, und zwar mit entsprechenden Mengen
von warmen oder kalten Lösungsmitteln geeigneter Art, das heißt z. B mit entsprechenden
pH-Konzentrationen, oder in einer Abschlemmvorrichtung oder über ein Rotationsfilter
od. dgl. mit oder ohne Zugabe von Filtrationsmitte-l filtrieren.
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Die Flüssigkeit oder die Flüssigkeiten, die daraus gewonnen werden,
können ebenfalls in den Hauptumlauf der geklärten Flüssigkeit hineingegeben werden.