WO2013020586A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von flüssigkeiten - Google Patents

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WO2013020586A1
WO2013020586A1 PCT/EP2011/063704 EP2011063704W WO2013020586A1 WO 2013020586 A1 WO2013020586 A1 WO 2013020586A1 EP 2011063704 W EP2011063704 W EP 2011063704W WO 2013020586 A1 WO2013020586 A1 WO 2013020586A1
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carbon dioxide
ultrasound
liquid
introduction
gas outflow
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Application number
PCT/EP2011/063704
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegmar VOGEL
Original Assignee
Weber Ultrasonics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/EP2011/063704 priority patent/WO2013020586A1/de
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for the purification of liquids, in particular raw juice or Vinasse, unwanted Begieitstoffen, wherein
  • gaseous carbon dioxide is introduced into the liquid to be purified to precipitate calcium carbonate, which binds and / or entrains the unwanted accompanying substances.
  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 7 for purifying liquids, in particular raw juice or Vinasse, of undesirable accompanying substances, comprising at least one liming device, which is adapted to add calcium hydroxide to a liquid to be purified, and at least one Carbonatations issued to the is formed to inject gaseous carbon dioxide into the liquid to be purified via Gasausströmö Stammen to precipitate calcium carbonate, which binds the unwanted accompanying substances and / or entrains.
  • Vinasse is fermentation residues in the production of bioethanol, in particular sugar cane or sugar beets. It can be used in feed for animals or as a fertilizer.
  • bioethanol for example, from sugar cane, large amounts of Vinasse accumulate, so that there is a need for a quick and cost-effective treatment or cleaning process especially for Vinasse, so as not to be dependent on an equally costly and environmentally harmful disposal of the vinasse.
  • the vinasse which is obtained regularly in the form of so-called Dünnvinasse, either initially evaporated (thickened) or dumped directly into the environment.
  • a generic method or a generic device suitable for carrying out this method are known, in particular, also from the extract purification of sugar beet raw juice.
  • This has a pH of 6.3 and must be thoroughly purified as possible before further processing of undesirable accompanying substances, especially non-sucrose substances, in particular high molecular weight substances.
  • the pH of the raw juice in a so-called Vorkaikungsreaktor gradually increase to about 11, 5.
  • a so-called main liming can subsequently be carried out in the known purification method, wherein the temperature is raised to about 85 ° C. and the alkalinity of the raw juice is significantly increased again by further addition of calcium hydroxide.
  • the actual carbonation takes place after the (main) liming, preferably also in two stages.
  • gaseous Carbon dioxide introduced into the alkalized liquid to be cleaned to calcium carbonate (CaC0 3 ) to precipitate, which binds the unwanted impurities and / or entrains and thus removed from the liquid, so that they can then be removed by filtration substantially from the liquid - NEN.
  • the raw juice can be reduced in its pH to about 1 1 by introducing C0 2 .
  • the resulting calcium carbonate precipitate has a high absorption and filtration capacity.
  • the lime precipitate can then be separated with the absorbed substances by filtering or decanting the remaining liquid, the so-called clarified juice.
  • the object of the invention is to further develop a cleaning method and a device of the generic type suitable for carrying out the method such that, at lower investment and operating costs, higher productivity is achieved due to shorter reaction / residence times in order to achieve this to be able to counteract the above-mentioned environmental problems, in particular the high C0 2 - and energy needs.
  • step b) Gasausströmö réelleen for the carbon dioxide are subjected to ultrasound.
  • an apparatus for purifying liquids, in particular raw juice or vinasse, of undesired accompanying substances comprising at least one liming device, which is adapted to add calcium hydroxide to a liquid to be purified, and at least one carbonation device, which is designed to be gaseous via gas outflow openings Introduce carbon dioxide into the liquid to be purified in order to remove calcium carbonate, which binds and / or entrains the undesired accompanying substances, characterized in that the carbonation device comprises ultrasound means which are designed to apply ultrasound to the gas outflow openings.
  • a fundamental aspect of the present invention is therefore to be seen in that instead of Richter tubes or other mechanically effective devices to prevent limescale deposits on Gasausströmö réelleen for the carbon dioxide is applied to said openings with ultra-sound waves.
  • the ultrasound application uses the well-known effect of cavitation to prevent carbonate formation at the gas outflow openings.
  • the main advantage over a Richter tube lies in the possibility of reducing the gas outflow openings by at least an order of magnitude down to the millimeter range or even the micrometer range and thus shortening the reaction time of the carbonation via the achievable reduction of the gas bubbles, the entire cleaning process accelerate and reduce costs and also reduce the amount of C0 2 to be used.
  • the carbonation towers can thus be constructed much less expensively because they are smaller. Due to the already mentioned shortening of the reaction times, the productivity of the process increases significantly, which in particular also allows the processing of large quantities of virus, as they typically occur in bioethanol production. This can contribute to a significant relief of the environment.
  • Another development of the method according to the invention provides that the ultrasound application takes place regularly or irregularly pulsed in time proximity to the introduction of the carbon dioxide.
  • a corresponding embodiment of the device according to the invention provides that the ultrasound means are adapted to carry out the ultrasound application regularly or irregularly pulsed during the introduction of carbon dioxide and / or in temporal proximity to the introduction of the carbon dioxide.
  • the phrase "in time proximity to the introduction of the carbon dioxide” means that between the introduction of the carbon dioxide and the ultrasound application there should be a period of time which should not be so long as to substantially form lime deposits at the gas outflow openings during this time
  • the ultrasound charge it can also be provided within the scope of the present invention for the ultrasound charge to be applied during the introduction of the carbon dioxide
  • the ultrasound means are designed to prevent the ultrasound during the initiation of the co-injection continuous dioxides.
  • the gas outflow openings are designed to store the carbon dioxide in the form of small bubbles with a mean bubble diameter of less than about 1 cm, preferably ⁇ 5 mm, most preferably ⁇ 2 mm into the liquid to be purified.
  • a mean bubble diameter of less than about 1 cm, preferably ⁇ 5 mm, most preferably ⁇ 2 mm into the liquid to be purified.
  • Another, highly preferred development of the method according to the invention provides that, in addition to the gas outflow openings for the carbon dioxide, additional components of a device used for carrying out the method, such as lines or sensors or the like, are additionally subjected to ultrasound.
  • additional components of a device used for carrying out the method such as lines or sensors or the like
  • the ultrasonic means are adapted to apply in addition to the Gasausströmö réelleen for the carbon dioxide in addition to other components of the device, such as lines or sensors or the like, with ultrasound. In this way, the operating and maintenance costs in connection with the proposed carbonation process over the prior art can be further reduced.
  • any type of ultrasonic vibrator can be used in the context of the present invention.
  • ultrasound transducers in the form of plate vibrators, submersible transducers, or rod transducers are contemplated, without the invention being limited to a particular type of ultrasonic vibrator.
  • a particularly advantageous development of the present invention is to form the gas vents or gas outlets themselves as ultrasonic oscillators or to arrange ultrasonic oscillators directly in this area of the device.
  • the ultrasound frequency is in the range of about 25 kHz to 120 kHz.
  • the invention is not limited to the use of a particular Uitraschallfrequenz. It may prove advantageous if the Uitraschallfrequenz used extends into the megasonic range (f> 500 kHz). A temporal change of the Uitraschallfrequenz during Ultraschallailbeetzschlagung is within the scope of the present invention.
  • the ultrasound transducers are located within the container used in the area in which the liquid to be cleaned is arranged in order to be able to directly sonicate the structures to be protected from lime deposits.
  • Figure 1 shows a Abiaufdiagramm an embodiment of the inventive method for cleaning liquids
  • FIG. 2 shows schematically an embodiment of the device according to the invention for cleaning liquids, which device is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a flowchart of an embodiment of the inventive method for purifying liquid chains, which method is particularly but not exclusively for the purification of raw juice, especially sugar raw juice, or Vinasse suitable to rid the liquid to be cleaned of unwanted impurities.
  • the liquid to be purified for example raw juice or vinasse
  • a container suitable for this purpose in an introductory method step S1, which will be discussed in greater detail below with reference to FIG.
  • calcium hydroxide Ca (OH) 2 in the form of so-called lime milk or lime water is added in a process step S2 to the liquid to be purified, preferably as a suspension of calcium oxide CaO (quicklime) in water, whereby the pH of the liquid to be purified, which is regularly in acidic range, for example, to be purified raw juice due to in the extraction of acid added, is increased, for example, to a pH of 1 1, 5 (alkalization of the raw juice).
  • pre-liming This process is also referred to as "liming” and may optionally be carried out in several stages (so-called pre-liming): Between pre-liming and re-liming, filtration or decantation of the liquid to be purified can be carried out to add any precipitated impurities or impurities remove.
  • step S3 the main cleaning operation in the manner of a ka-k-ki-citic acid purification, in the present case also referred to as "carbonation", based on the Anglo-Saxon usage.
  • gaseous carbon dioxide ⁇ C0 2 is introduced into the liquid to be purified.
  • the introduced carbon dioxide reacts with the calcium ions present to calcium carbonate CaC0 3 (lime), which precipitates and thereby entrains many foreign substances (impurities or impurities).
  • the precipitated lime is then separated together with the said foreign substances in a further method step S4 by filtration from the remaining substrate (the purified liquid, also referred to as "thin juice" in sugar production.) Since the liquid to be purified is added after the addition of calcium hydroxide is strongly basic, many metal ions precipitate as sparingly soluble metal hydroxides.
  • step S5 calcium hydroxide is again added to the remaining substrate (optional intermediate liming). Then, in step S6, an optionally optional second carbonation by re-introduction of carbon dioxide follows. Finally, analogous to method step S4, a new filtration and separation (method step S7).
  • the ultrasound application S3 ⁇ S6 ' can be continuous, pulsed, or otherwise carried out over a certain period of time in order to ensure the most efficient possible free keeping of the gas outflow openings. It has been found in this context that, for example, an ultrasound application with ultrasonic frequencies in the range of 25 kHz to 120 kHz can be advantageous and lead to a noticeable reduction of limescale deposits.
  • the present invention is by no means limited to the use of ultrasound in said frequency range. For example, the use of ultrasound Sound with significantly higher frequencies (megasonic) and / or a variation of the frequency during the procedure may be useful.
  • the ultrasound application in the method steps S3 'and S6' is in principle not restricted to the gas outflow openings mentioned, but may also extend to other devices of the apparatus used which are exposed to lime deposits, such as, in particular, sensors for monitoring the fill level, the temperature or the pH.
  • FIG. 2 schematically shows a device for carrying out the method according to the invention, that is to say an apparatus for purifying liquids, in particular raw juice or especially vinasse, of undesired accompanying substances.
  • the named device is indicated in FIG. 2 in its entirety by the reference numeral 1. It comprises a container 2 in the form of a tank, in which the liquid 3 to be purified is provided or can be provided.
  • the liquid mentioned can be, for example, raw sugar juice or vinasse, without the present invention being restricted thereto.
  • the invention is not limited to the use of only one container 2, but rather different process steps can also take place in containers provided explicitly for this purpose. Also, due to the accelerated processes, an inline realization in a tube without intermediate storage in a special container is basically possible.
  • the device 1 furthermore comprises a liming device, which is shown only symbolically at reference numeral 4.
  • the liming device 4 is designed to add to the liquid 3 to be purified calcium hydroxide in the form of water-suspended calcium oxide (CaO), which is represented by the corresponding arrow P1.
  • the device 1 comprises a carbonation device 5, which is provided overall with the reference numeral 5, and their design and function will be discussed in more detail below. It should be pointed out at this point that in principle the container 2 and the liming device 4 can also be regarded as constituents of the carbonation device 5, because their presence for carrying out the carbonation process, as described in the context of the present application, is absolutely necessary.
  • the term "carbonation device” is to be understood to mean all features and functions encompassed within the scope of the present invention which are associated with the introduction of carbon dioxide into the liquid to be cleaned and the avoidance of the calcification problem occurring in the process.
  • the carbonation device 5 initially comprises means 5a, which are designed to introduce C0 2 according to the arrow P2 into the liquid 3 enriched with calcium hydroxide.
  • means 5a which are designed to introduce C0 2 according to the arrow P2 into the liquid 3 enriched with calcium hydroxide.
  • the C0 2 introduction means 5a comprise a number of gas outflow openings 5b of diameter D, which, however, need not be arranged in the illustrated, regular manner. In addition, it is not necessary that all gas outflow openings 5b have the same diameter D.
  • the gas outflow openings 5b are located inside the container 2 and the liquid 3 to be cleaned in order to introduce the carbon dioxide into the liquid 3 to be purified. The size or the diameter D of the gas outflow openings 5b will be discussed in greater detail below.
  • Carbon dioxide which does not react in the course of the carbonation process with the liquid to be purified 3 or the calcium ions contained therein, leaves the container 2 upwards in the direction of arrow P3 and can either be collected and reused or gets into the atmosphere, which can be problematic for climate protection reasons and should be avoided if possible.
  • the gas outflow openings 5 are formed relatively small in diameter D, wherein the diameter D is for example less than about 1 cm, preferably less than 5 mm and most preferably less than 2 mm. Accordingly, according to the invention, the mean diameter d of the gas bubbles 6 is also approximately in the range specified above.
  • the carbonation device 5 furthermore comprises ultrasound means in the form of ultrasound transducers 5c with associated supply and control electronics 5d, the ultrasound transducers 5c and the aforementioned Electronics 5d by means of control and supply lines 5e are in operative connection.
  • the ultrasonic transducers 5c send 5f depending on the electronics 5d ultrasound times, which interact with the device in the region of the gas outflow openings 5b to prevent calcification of the gas outflow openings 5b by cavitation.
  • the ultrasonic vibrators 5c may be specifically formed as a bar vibrator, which are arranged immediately below the Gasausströmö réelle 5b, to apply the latter with ultrasound 5f.
  • a further ultrasonic transducer 5c ' is provided, which is likewise designed to emit ultrasonic waves 5f.
  • Stands sensors, a temperature sensor or a pH sensor, which sensor means 7 is disposed within the container 2 and within the liquid to be cleaned 3, so that can also deposit lime on this.
  • the activation of the ultrasound transducer 5c 'for emitting the ultrasound 5f again takes place in accordance with the electronics 5d via a corresponding control line 5e.
  • the ultrasound wall 5c ' can also be arranged inside the container 2 or the liquid 3.
  • the precipitated (carbo-) lime (CaC0 3 ) collects in the lower area of the container 2 in the direction of the arrow G together with the bound or entrained substances (impurities or impurities) R.
  • the waste products mentioned are denoted by the reference numeral 8 in Figure 2 and can be filtered off according to the arrow P4 and removed from the device 1 and the container 2.
  • the same applies according to the arrow P5 for the purified liquid F * which can be further processed as intended, for example by thickening in an evaporation station to obtain sugar syrup or otherwise, especially if it is in the purified liquid F * what is already mentioned and what is not discussed here.

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Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Flüssigkeiten (3), insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen (R), wobei a) zunächst einer zu reinigenden Flüssigkeit (3) Calciumhydroxid zugesetzt wird und b) anschließend gasförmiges Kohlendioxid (6) in die zu reinigende Flüssigkeit (3) eingeleitet wird, um Calciumcarbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe (R) bindet und/oder mitreißt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Zusammenhang mit Schritt b) Gasausströmöffnungen (5b) für das Kohlendioxid (6) mit Uttraschall (5f) beaufschlagt werden. Entsprechend ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorgesehen, dass die Carbonatationseinrichtung Ultraschallmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Gasausströmöffnungen (5b) mit Ultraschall (5f) zu beaufschlagen. Dies wirkt einer Verkalkung der Gasausströmöffnungen entgegen und ermöglicht das Einleiten kleinerer Kohlendioxidblasen, wodurch die Prozessführung verbessert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Flüssigkeiten
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begieitstoffen, wobei
a) zunächst einer zu reinigenden Flüssigkeit Calciumhydroxid zugesetzt wird und
b) anschließend gasförmiges Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit eingeleitet wird, um Calciumcarbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe bindet und/oder mitreißt.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen, umfassend wenigstens eine Kalkungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einer zu reinigenden Flüssigkeit Calciumhydroxid zuzusetzen, und wenigstens eine Carbonatationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, über Gasausströmöffnungen gasförmiges Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit einzublasen, um Calciumcarbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe bindet und/oder mitreißt.
Das weiter oben beschriebene gattungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten ist dem Fachmann als so genannte Kalk-Kohlensäure-Reinigung oder in Anlehnung an den angelsächsischen Sprachgebrauch auch als Carbona- tationsverfahren bekannt und kann ohne Beschränkung der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise zur Reinigung von (Rohr-)Zucker-Rohsaft oder zur Reinigung von Vinasse von jeweils unerwünschten Begleitstoffen eingesetzt werden.
Bei Vinasse handelt es sich nach dem Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung um Fermentationsreste bei der Bioethanolerzeugung insbesondere aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben. Sie kann in Futtermittel für Tiere oder als Düngemittel Verwendung finden. Insbesondere bei der Produktion von Bioethanol, beispielsweise aus Zuckerrohr, fallen große Mengen an Vinasse an, so dass Bedarf an einem schnellen und kostengünstigen Aufbereitungs- bzw. Reini- gungsprozess speziell für Vinasse besteht, um nicht auf eine ebenso kostspielige wie umweltschädliche Entsorgung der Vinasse angewiesen zu sein. Nach dem Stand der Technik wird die Vinasse, welche regelmäßig in Form sogenannter Dünnvinasse anfällt, entweder zunächst eingedampft (eingedickt) oder auch direkt in die Umwelt verklappt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete gattungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere auch aus der Extraktreinigung von Zuckerrüben-Rohsaft bekannt. Dieser besitzt einen pH-Wert um 6,3 und muss vor der Weiterverarbeitung von unerwünschten Begleitstoffen, speziell Nicht-Saccharosestoffen, insbesondere hochmolekularen Stoffen, möglichst umfassend gereinigt werden. Zu diesem Zweck wird dem Rohsaft bzw. allgemein der zu reinigenden Flüssigkeit in Wasser suspendiertes oder gelöstes Calciumoxid in Form von Kalkmilch oder Kalkwasser zugesetzt, wobei sich Kalziumhydroxid bzw. Calciumhydroxid (Ca(OH)2) bildet und wodurch sich der pH- Wert erhöht (Alkalisierung). Speziell ist aus der Zuckerhersteilung bekannt, den pH-Wert des Rohsaftes in einem so genannten Vorkaikungsreaktor stufenweise auf etwa 11 ,5 anzuheben. In Folge der Alkalisierung des Rohsaftes kommt es zu einer Neutralisierung der organischen und anorganischen Säuren sowie zu Aus- fällungsreaktionen der Anionen, die mit dem Kalzium unlösliche bzw. nur schwer lösliche Salze bilden. Abgeschieden werden auf diese Weise unter anderem Phosphat, Oxalat, Sulfat und Citrat. Kolloidal gelöste Nicht-Saccharaosestoffe koagulieren und werden ausgefällt. Des Weiteren kommt es aufgrund der Zugabe von Kalkmilch während der Vorkalkung auch zu einer Koagulation von Proteinen.
Im Anschluss an die vorstehend beschriebene Vorkalkung kann bei dem bekannten Reinigungsverfahren anschließend eine so genannte Hauptkalkung durchgeführt werden, wobei die Temperatur auf etwa 85 °C angehoben und die Alkalität des Rohsaftes durch weiteres Zusetzen von Kalziumhydroxid nochmals deutlich erhöht wird.
Die eigentliche Carbonatation erfolgt im Anschluss an die (Haupt-)Kalkung, vor- teiihafterweise ebenfalls in zwei Stufen. Zu diesem Zweck wird gasförmiges Kohlendioxid in die zu reinigende, alkalisierte Flüssigkeit eingeleitet, um Kalzi- umcarbonat (CaC03) auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe bindet und/oder mitreißt und so aus der Flüssigkeit entfernt, so dass sie anschließend durch Filtrieren im Wesentlichen aus der Flüssigkeit entfernt werden kön- nen. Beispielsweise kann im Zuge der ersten Carbonatation der Rohsaft durch das Einleiten von C02 in seinem pH-Wert bis auf ca. 1 1 gesenkt werden. Der entstehende Kalziumcarbonat-Niederschlag besitzt eine hohe Absorptions- und Filtrationsfähigkeit. Wie bereits angesprochen, kann der Kalkniederschlag anschließend mit den absorbierten Stoffen durch Filtrieren oder Dekantieren von der restlichen Flüssigkeit, dem so genannten Klarsaft, getrennt werden.
Wegen seiner hohen Kalkhärte wird der Saft regelmäßig noch einem zweiten Carbonatationsschritt bis zu einem pH von ca. 9 unterworfen. Der dabei gebildete Kalkniederschlag führt zu einer weiteren Klärung der Flüssigkeit. Nach einer erneuten Filtration liegt dann der so genannte Dünnsaft vor, der für die bereits angesprochene Weiterverarbeitung geeignet ist. Es sind aus dem Stand der Technik auch Prozessabläufe bekannt, bei denen vor der zweiten Carbonatation nochmals Kalziumhydroxid zugesetzt wird (so genanntes Zwischenkalken). Nach dem Stand der Technik erfolgt das Einleiten des Kohlendioxids beispielsweise durch so genannte Richter-Rohre, welche schlitzförmige Gasauslässe aufweisen, die durch Zapfen einer sich drehenden Zapfenwelle in aufwändiger und entsprechend kostspieliger Weise kontinuierlich von entstehenden Kalkablagerungen befreit werden, damit steh die genannten Gasauslässe nicht mit Kalk zusetzen, wodurch der Carbonatationsprozess zum Stillstand käme. Dabei liegt der praktisch realisierbare minimale Öffnungsquerschnitt der Gasauslässe im Zentimeterbereich, was zu einer Entstehung entsprechend großer C02-Blasen in der zu reinigenden Flüssigkeit führt. Hiermit ist der weitere Nachteil verbunden, dass aufgrund des ungünstigen Oberfläche-Volumen-Verhältnisses der entste- henden Gasblasen relativ große C02-Mengen zugesetzt werden müssen, was zusätzliche Kosten verursacht und darüber hinaus klimaschädliche Auswirkungen durch einen relativ hohen C02-Eintrag in die Atmosphäre haben kann. Des Weiteren hat sich als nachteilig herausgestellt, dass diejenigen Behältnisse, in denen der Carbonatationsprozess abläuft, aufgrund der relativ großen Gasbla- senabmessungen ebenfalls in der Höhe relativ groß ausgestaltet sein müssen, um die Reaktionsträgheit der großen C02-Blasen zu kompensieren, was entspre- chenden Piatzbedarf und hohe Baukosten nach sich zieht. Außerdem ist aufgrund des hohen statischen Drucks zum Einleiten des Kohlendioxids ein relativ hoher Einleitdruck erforderlich, was entsprechende Kostennachteile nicht zuletzt durch den erhöhten Energiebedarf nach sich zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsverfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung der jeweils gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass bei niedrigeren Investitions- und Betriebskosten eine höhere Produktivität aufgrund kürzerer Reaktions-/Ver- weilzeiten erreicht wird, um auf diese Weise auch den weiter oben angesprochenen umweltbezogenen Problemen, insbesondere dem hohen C02- und Energiebedarf, entgegenwirken zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen nach Möglichkeit zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begieitstoffen, wobei
a) zunächst einer zu reinigenden Flüssigkeit Calciumhydroxid zugesetzt wird und
b) anschließend gasförmiges Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit eingeleitet wird, um Calciumcarbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe bindet und/oder mitreißt,
dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Schritt b) Gasausströmöffnungen für das Kohlendioxid mit Ultraschall beaufschlagt werden.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen, umfassend wenigstens eine Kalkungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einer zu reinigenden Flüssigkeit Calciumhydroxid zuzusetzen, und wenigstens eine Carbona- tationseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, über Gasausströmöffnungen gasförmiges Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit einzuleiten, um Calcium- carbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe bindet und/oder mitreißt, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatationseinrichtung Ultraschallmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Gasausströmöffnungen mit Ultraschall zu beaufschlagen.
Ein grundlegender Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit darin zu sehen, dass anstelle von Richter-Rohren oder sonstigen mechanisch wirksamen Vorrichtungen zur Vermeidung von Kalkablagerungen an Gasausströmöffnungen für das Kohlendioxid eine Beaufschlagung der genannten Öffnungen mit Ultra- Schallwellen erfolgt. Die Ultraschallanwendung nutzt den hinreichend bekannten Effekt der Kavitation zur Verhinderung von Carbonatbildung an den Gasausströmöffnungen. Der wesentliche Vorteil gegenüber einem Richter-Rohr liegt in der Möglichkeit, die Gasausströmöffnungen um mindestens eine Größenordnung bis hinunter in den Millimeterbereich oder sogar Mikrometerbereich zu verkiei- nern und damit über die erreichbare Verkleinerung der Gasblasen die Reaktionszeit der Carbonatation zu verkürzen, den gesamten Reinigungsprozess zu beschleunigen und zu verbilligen und darüber hinaus die Menge an einzusetzendem C02 zu verringern. In Folge der vorliegenden Erfindung können so die Carbonatationstürme wesentlich kostengünstiger, weil kleiner konstruiert werden. Aufgrund der bereits angesprochenen Verkürzung der Reaktionszeiten erhöht sich die Produktivität des Verfahrens wesentlich, was insbesondere auch die Verarbeitung großer Vi- nassemengen ermöglicht, wie sie bei der Bioethanolproduktion typischerweise anfallen. Dies kann zu einer wesentlichen Entlastung der Umwelt beitragen.
Aufgrund der kleineren Gasblasen steigt die Effizienz der Gasausnutzung, wobei zudem der Gasdruck des eingeleiteten C02-Gases gegenüber dem Stand der Technik im Wesentlichen niedriger liegen kann, was sich entscheidend auf die Energiekosten auswirkt. Anders als bei Richter-Rohren oder vergleichbaren Ein- nchtungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung keinerlei bewegliche Teile zum Freihalten der Gasausströmöffnungen benötigt, so dass der Gesamt- prozess wartungsfreundlicher und weniger fehleranfällig wird. Auch der insbesondere zum Betreiben eines Richter-Rohres vorzusehende Motor entfällt, was sich wiederum auf der Kostenseite positiv auswirkt. im Zuge einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Ultraschallbeaufschlagung während des Einleiten des Kohlendioxids erfolgt. Eine entsprechende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Ultraschallmittel dazu ausgebildet sind, die Ultraschallbeaufschlagung während des Einleitens des Kohlendioxids vorzunehmen. Auf diese Weise wird einer Verkalkung der Gasausströmöffnungen präventiv entgegengewirkt.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ultraschallbeaufschlagung in zeitlicher Nähe zum Einleiten des Kohlendioxids regelmäßig oder unregelmäßig gepulst erfolgt. Eine entsprechende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Ultraschallmittel dazu ausgebildet sind, die Ultraschallbeaufschlagung während des Einlei- tens von Kohlendioxid und/oder in zeitlicher Nähe zum Einleiten des Kohlendi- oxids regelmäßig oder unregelmäßig gepulst vorzunehmen. Im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Formulierung„in zeitlicher Nähe zum Einleiten des Kohlendioxids", dass zwischen dem Einleiten des Kohlendioxids und der Ultraschallbeaufschiagung eine Zeitspanne liegen sollte, die nicht so lang sein soll, dass sich während dieser Zeit substantiell Kalkablagerungen an den Gasausströmöffnungen bilden können. Durch die genannte gepulste Ultraschallbeaufschiagung lässt sich dabei eine weitere Senkung der Betriebskosten bei angenähert gleicher oder unter Umständen sogar verbesserter Entkal- kungswirkung erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Ultraschallbeaufschiagung während des Einleitens des Kohlendioxids kontinuierlich erfolgt. Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Ultraschallmittel dazu ausgebildet sein, die Ultraschallbeaufschiagung wäh- rend des Einieitens des Kohlendioxids kontinuierlich vorzunehmen. Insbesondere ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, zwischen gepulster und kontinuierlicher Ultraschallbeaufschiagung abzuwechseln.
Vorteilhafterweise sind im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung die Gasausströmöffnungen dazu ausgebildet, das Kohlendioxid in Form kleiner Blasen mit einem mittleren Blasendurchmesser von weniger als etwa 1 cm, vorzugsweise < 5 mm, höchst vorzugsweise < 2 mm in die zu reinigende Flüssigkeit einzuleiten. Auf diese Weise lassen sich die weiter oben angesprochenen Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders gut nutzen. Der vorstehend genannte Blasendurchmesser kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Gasausströmöffnungen der Vorrichtung einen Öffnungsquerschnitt aufweisen, welcher in etwa dem angestrebten mittleren Blasendurchmesser entspricht.
Eine andere, äußerst bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass neben den Gasausströmöffnungen für das Kohlendioxid zusätzlich auch weitere Bestandteile einer zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Vorrichtung, wie Leitungen oder Sensoren oder dergleichen, mit Ultraschall beaufschlagt werden. Im Zuge einer entsprechenden Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Ultraschallmittel dazu ausgebildet sind, neben den Gasausströmöffnungen für das Kohlendioxid zusätzlich auch weitere Bestandteile der Vorrichtung, wie Leitungen oder Sensoren oder dergleichen, mit Ultraschall zu beaufschlagen. Auf diese Weise lassen sich die Betriebs- und Wartungskosten in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Carbonatationsprozess gegenüber dem Stand der Technik weiter reduzieren.
Grundsätzlich kann jede Art von Ultraschallschwinger im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. So kommen beispielsweise Ultraschallschwinger in Form von Plattenschwingern, Tauchschwingern oder Stabschwingern in Betracht, ohne dass die Erfindung auf einen speziellen Ultraschallschwingertyp beschränkt wäre. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Gasausströmer bzw. Gasausströmöffnungen selbst ais Ultraschallschwinger auszubilden bzw. Ultraschallschwinger unmittelbar in diesem Bereich der Vorrichtung anzuordnen. Es ist jedoch auch möglich, die Ultraschailschwinger örtlich getrennt von den Gasausströmöffnungen auszubilden bzw. anzuordnen und dabei so zu orientieren, dass der ausgesandte Ultraschall möglichst unmittelbar auf die Gasausströmöffnungen gerichtet ist.
Eine besonders gute Entkalkungswirkung kann sich ergeben, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ultraschallfre- quenz im Bereich von etwa 25 kHz bis 120 kHz liegt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die Verwendung einer bestimmten Uitraschallfrequenz beschränkt. Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn sich die verwendete Uitraschallfrequenz bis in den Megaschallbereich (f > 500 kHz) erstreckt. Auch eine zeitliche Veränderung der Uitraschallfrequenz während der Ultraschailbeaufschlagung liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung.
Des Weiteren hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ultra- schailschwinger sich innerhalb des verwendeten Behältnisses in dem Bereich befinden, in welchem auch die zu reinigende Flüssigkeit angeordnet ist, um die vor Kalkablagerungen zu schützenden Strukturen unmittelbar beschallen zu können.
Speziell im Hinblick auf die anzuratende Weiterverarbeitung von Vinasse anstelle einer Verklappung in die Umweit ist die im Rahmen der Erfindung erreichbare Effizienzsteigerung der Carbonatation eine entscheidende Voraussetzung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Vinasse in einigen Ethanolwerten in Mengen von 50 m3 pro Stunde oder auch mehr anfällt. Aufgrund der sehr kleinen Partikelgröße der in Vinasse enthaltenen Hefezeilen, ist ein alleiniges Filtrieren von Vinasse vor der möglichen Weiterverarbeitung (beispielsweise zu Futter- oder Düngemittel) nicht möglich. Die mit Hilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens erstmalig im großindustriellen Maßstab sinnvoll ermöglichte Carbonatation von Vinasse wäre ein möglicher Schritt zur Behandlung und möglichen Weiterverarbeitung von Vinasse im Fabrikprozess. Vorteilhaft mach sich hierbei bemerkbar, dass die Qualität des Endproduktes im Falle der Reinigung von Vinasse eine deutlich geringere Rolle spielt als bei der Zuckerproduktion.
Es ist möglich, die Vinasse nach der Carbonatation und anschließender Filtration durch Umkehrosmose weiter zu behandeln und die hierbei gewonnenen Salze (Salzlösung) als Düngemittel der Agrarwirtschaft zuzuführen. Das gewonnene Prozesswasser kann beispielsweise im Zuge der Ethanolproduktion wieder verwendet werden. Des Weiteren kann der erzeugte Carbokaik auch zur Neutralisierung von so genannten Vinasseseen und zur Regulierung übersäuerter Böden eingesetzt werden. Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbetspielen anhand der Zeichnung.
Figur 1 zeigt ein Abiaufdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsge- mäßen Verfahrens zum Reinigen von Flüssigkeiten; und
Figur 2 zeigt schematisch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen von Flüssigkeiten, welche Vorrichtung sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
Figur 1 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen von Flüssigketten, welches Verfahren sich insbesondere aber nicht ausschließlich zur Reinigung von Rohsaft, insbesondere Zucker-Rohsaft, oder Vinasse eignet, um die zu reinigende Flüssigkeit von unerwünschten Begleitstoffen zu befreien.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 wird zunächst in einem einleitenden Verfahrensschritt S1 die zu reinigende Flüssigkeit, beispielsweise also Rohsaft oder Vinasse, in einem hierfür geeigneten Behältnis bereitgestellt, worauf weiter unten anhand von Figur 2 noch genauer eingegangen wird. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S2 der zu reinigenden Flüssigkeit Calciumhydroxid Ca(OH)2 in Form von so genannter Kalkmilch oder Kalkwasser zugesetzt, vorzugsweise als Suspension von Calciumoxid CaO (gebrannter Kalk) in Wasser, wodurch sich der pH-Wert der zu reinigenden Flüssigkeit, welcher beispielsweise bei zu reinigendem Rohsaft aufgrund bei der Extraktion zugesetzer Säure regelmäßig im sauren Bereich liegt, erhöht wird, beispielsweise bis auf einen pH-Wert von 1 1 ,5 (Alkalisierung des Rohsaftes). Dieser Vorgang wird auch als „Kalken" bezeichnet und kann gegebenenfalls in mehreren Stufen durchgeführt werden (so genanntes Vor- und Nachkalken). Zwischen dem Vorkalken und dem Nachkalken kann eine Filtrierung oder Dekantierung der zu reinigenden Flüssigkeit erfolgen, um bereits ausgefallene Begleitstoffe oder Verunreinigungen zu entfernen.
Im Anschluss an Schritt S2 erfolgt in Schritt S3 der hauptsächliche Reinigungs- vorgang nach Art einer Ka!k-Koh!ensäure-Reinigung, vorliegend in Anlehnung an den angelsächsischen Sprachgebrauch auch als„Carbonatation" bezeichnet. Dazu wird gasförmiges Kohlendioxid {C02) in die zu reinigende Flüssigkeit eingeleitet. Das eingeleitete Kohlendioxid reagiert mit den vorhandenen Kalziumionen zu Kalziumcarbonat CaC03 (Kalk), der ausfällt und dabei viele Fremdstoffe (Begleitstoffe bzw. Verunreinigungen) mitreißt. Der ausgefallene Kalk wird anschließend zusammen mit den genannten Fremdstoffen in einem weiteren Verfahrensschritt S4 durch Filtrierung von dem verbleibenden Substrat (der gereinigten Flüssigkeit, bei der Zuckerherstellung auch als„Dünnsaft" bezeichnet) getrennt. Da die zu reinigende Flüssigkeit nach dem Zufügen von Kalziumhydroxid— wie erwähnt— stark basisch ist, fallen viele Metallionen als schwerlösliche Metailhydroxide aus.
In einem anschließenden, optionalen Verfahrensschritt S5 wird dem verbleibenden Substrat erneut Kalziumhydroxid zugefügt (optionales Zwischenkalken). Dann folgt in Schritt S6 eine ebenfalls optionale zweite Carbonatation durch erneutes Einleiten von Kohlendioxid. Abschließend erfolgt analog zum Verfahrensschritt S4 eine erneute Filtrierung und Trennung (Verfahrensschritt S7).
Der bislang anhand der Verfahrensschritte S1 bis S7 beschriebene Reinigungs- prozess ist dem Fachmann insbesondere aus der Zuckerfabrikation bereits bekannt. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist nun, dass in Verbindung mit den Carbonatationsschritten S3, S6 in zusätzlichen Verfahrensschritten S3' bzw. S6' eine Ultraschallbeaufschlagung der C02-Eänleitöffnungen erfolgt, welche Ultraschallbeaufschlagung vorzugsweise gleichzeitig oder zumindest in zeitlicher Nähe mit dem Einleiten des Kohlendioxids vorgenommen wird. Die genannte Ultraschallbeaufschlagung in den Verfahrensschritten S3' und S6' dient dazu, Kaikablagerungen zu beseitigen, die sich beim Einleiten des Kohlendioxids an dem betreffenden Einleit-Einnchtungen bzw. dem dort vorhandenen Einleit- bzw. Gasausströmöffnungen für das Kohlendioxid bilden. Die Ultraschallbeaufschlagung S3\ S6' kann über einen gewissen Zeitraum kontinuierlich, gepulst, oder in sonstiger Weise erfolgen, um ein möglichst effizientes Freihalten der Gasausströmöffnungen zu gewährleisten. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass beispielsweise eine Ultraschallbeaufschlagung mit Ultraschallfrequenzen im Bereich von 25 kHz bis 120 kHz vorteilhaft sein kann und zu einer erkennbaren Reduktion von Kalkbelägen führen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Verwendung von Ultraschall in dem genannten Frequenzbereich beschränkt. Beispielsweise kann auch die Verwendung von Ultra- schall mit deutlich höheren Frequenzen (Megaschall) und/oder eine Variation der Frequenz während des Verfahrens sinnvoll sein.
Des Weiteren ist die Ultraschallbeaufschlagung in den Verfahrensschritten S3' und S6' grundsätzlich nicht auf die genannten Gasausströmöffnungen beschränkt, sondern kann sich auch auf weitere Einrichtungen der verwendeten Vorrichtung erstrecken, welche Kalkablagerungen ausgesetzt sind, wie insbesondere Sensoren zur Überwachung des Füllstandes, der Temperatur oder des pH-Werts.
Figur 2 zeigt schematisch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannte Vorrichtung, das heißt eine Vorrichtung zum Reinigen von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft oder speziell Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen. Die genannte Vorrichtung ist in Figur 2 in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Sie umfasst ein Behältnis 2 in Form eines Tanks, in welchem die zu reinigende Flüssigkeit 3 bereitgestellt bzw. bereitstellbar ist. Bei der genannten Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Zucker- Rohsaft oder Vinasse handeln, ohne dass die vorliegende Erfindung hierauf beschränkt wäre. In jedem Fall enthält die zu reinigende Flüssigkeit unerwünschte Begleitstoffe (Fremdstoffe, Verunreinigungen), welche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt werden sollen. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung nur eines Behältnisses 2 beschränkt, vielmehr können unterschiedliche Verfahrensschritte auch in explizit hierfür vorgesehenen Behältnissen ablaufen. Auch ist aufgrund der beschleunigten Abläufe eine Inline-Realisierung in einem Rohr ohne Zwischenlagerung in einem speziellen Behälter grundsätzlich möglich.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Kalkungseinrichtung, weiche bei Bezugszeichen 4 nur symbolisch dargestellt ist. Die Kalkungseinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, der zu reinigenden Flüssigkeit 3 Kalziumhydroxid in Form von in Wasser suspendiertem Calciumoxid (CaO) zuzusetzen, was durch den entsprechenden Pfeil P1 dargestellt ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1 eine Car- bonatationseinrichtung 5, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist, und auf deren Ausgestaltung und Funktion nachfolgend genauer eingegangen wird. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass grundsätzlich auch das Behältnis 2 und die Kalkungseinrichtung 4 als Bestandteile der Carbonatationsein- richtung 5 angesehen werden können, weil ihr Vorhandensein zur Durchführung des Carbonatationsprozesses, wie im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschrieben, zwingend erforderlich ist. Nachfolgend sei der Begriff „Carbonatati- onseinrichtung" jedoch so verstanden, dass hiermit alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassten Merkmale und Funktionen bezeichnet sind, die mit dem Einleiten von Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit und der Vermeidung der hierbei auftretenden Verkalkungsproblematik im Zusammenhang stehen.
Entsprechend umfasst die Carbonatationseinrichtung 5 gemäß Figur 2 zunächst Mittel 5a, die zum Einleiten von C02 gemäß dem Pfeil P2 in die zu reinigende und mit Kalziumhydroxid angereicherte Flüssigkeit 3 ausgebildet sind. Auf eine explizite Darstellung von Pump- und Speichermitteln für das Kohlendioxid wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Sie sind dem Fachmann bekannt.
Die C02-Einleitmittel 5a umfassen eine Anzahl von Gasausströmöffnungen 5b mit Durchmesser D, die jedoch nicht in der dargestellten, regelmäßigen Art und Weise angeordnet sein müssen. Außerdem ist es nicht erforderlich, dass alle Gasausströmöffnungen 5b denselben Durchmesser D aufweisen. Die Gasausströmöffnungen 5b befinden sich innerhalb des Behältnisses 2 und der zu reinigenden Flüssigkeit 3, um das Kohlendioxid in die zu reinigende Flüssigkeit 3 einzuleiten. Auf die Größe bzw. den Durchmesser D der Gasausströmöffnungen 5b wird weiter unten noch genauer eingegangen.
Selbstverständlich liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Mehrzahl von C02-Einleitmitteln 5a vorzusehen und diese auf quasi beliebige Art und Weise innerhalb des Behältnisses 2 anzuordnen bzw. zu orientieren. Wesentlich ist dabei, dass die zu reinigende Flüssigkeit 3 in möglichst weiten Bereichen ihres Volumens und möglichst effizient von dem eingeleiteten Kohlendioxid durchsetzt wird und mit dem Gas in Berührung kommt. Wie in Figur 2 gezeigt, bildet das aus den Öffnungen 5b ausströmende Kohlendioxid kleine Gasbläschen 6, die in dem Behältnis 2 bzw. in der Flüssigkeit 3 aufsteigen. Kohlendioxid, welches nicht im Zuge des Carbonatationsprozesses mit der zu reinigenden Flüssigkeit 3 bzw. den darin enthaltenen Kalziumionen reagiert, verlässt das Behältnis 2 nach oben in Richtung des Pfeils P3 und kann entweder aufgefangen und wiederverwendet werden oder gelangt in die Atmosphäre, was aus Klimaschutzgründen problematisch sein kann und nach Möglichkeit vermieden werden soll.
Um die Gasbläschen 6 möglichst klein zu halten, so dass sie relativ zu ihrem Volumen eine möglichst große Oberfläche aufweisen, um mit der zu reinigenden Flüssigkeit 3 zu reagieren, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung noch eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen bietet, auf die weiter oben bereits aus- führlich hingewiesen wurde, sind die Gasausströmöffnungen 5 in ihrem Durchmesser D relativ klein ausgebildet, wobei der Durchmesser D beispielsweise bei weniger als etwa 1 cm, vorzugsweise bei weniger als 5 mm und höchst vorzugsweise bei unter 2 mm liegt. Entsprechend liegt erfindungsgemäß auch der mittlere Durchmesser d der Gasblasen 6 etwa in dem vorstehend angegebenen Bereich.
Um zu verhindern, dass sich die Gasausströmöffnungen 5b aufgrund ihres relativ kleinen Durchmessers D mit Kalkablagerungen zusetzen, umfasst die Carbo- natationseinrichtung 5 des Weiteren Ultraschaiimittel in Form von Ultraschall- wandlern 5c mit zugehöriger Versorgungs- und Steuerelektronik 5d, wobei die Ultraschailwandler 5c und die genannte Elektronik 5d mittels Steuer- und Versorgungsleitungen 5e in Wirkverbindung stehen. Die Ultraschallwandler 5c senden nach Maßgabe der Elektronik 5d Ultraschallweilen 5f aus, welche im Bereich der Gasausströmöffnungen 5b mit der Vorrichtung wechselwirken, um durch Kavitation ein Verkalken der Gasausströmöffnungen 5b zu verhindern. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Ultraschallschwinger 5c speziell als Stabschwinger ausgebildet sein, welche unmittelbar unterhalb der Gasausströmöffnung 5b angeordnet sind, um letztere mit Ultraschall 5f zu beaufschlagen.
Ebenfalls in Wirkverbindung mit der Versorgungs- und Steuerungselektronik 5d ist gemäß der Darstellung in Figur 2 noch ein weiterer Ultraschallwandler 5c' vorgesehen, der ebenfalls zum Aussenden von Ultraschallwellen 5f ausgebildet ist. Der genannte weitere Ultraschailwandler 5c' ist zum Beschallen eines weite- ren gegen Verkalkung empfindlichen Bestandteils der Vorrichtung 1 vorgesehen und angeordnet, nämlich eines Sensormitteis 7, beispielsweise eines Füll- Standssensors, eines Temperatursensors oder eines pH-Wert-Sensors, welches Sensormittel 7 innerhalb des Behältnisses 2 bzw. innerhalb der zu reinigenden Flüssigkeit 3 angeordnet ist, so dass sich auch hierauf Kalk ablagern kann. Die Ansteuerung des Ultraschallwandlers 5c' zur Aussendung des Ultraschalls 5f geschieht wiederum nach Maßgabe der Elektronik 5d über eine entsprechende Steuerleitung 5e. Alternativ zur Darstellung in Figur 2 kann auch der Ultra- schallwandier 5c' innerhalb des Behälters 2 bzw. der Flüssigkeit 3 angeordnet sein.
Bei erfolgreicher Durchführung des Carbonatationsprozesses sammelt sich im unteren Bereich des Behältnisses 2 in Richtung des Pfeils G der ausgefallene (Carbo-)Kalk (CaC03) zusammen mit dem gebundenen bzw. mitgerissenen Be- gieitstoffen (Fremdstoffe oder Verunreinigungen) R. Die genannten Abfallprodukte sind in Figur 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet und können gemäß dem Pfeil P4 abfiltriert und aus der Vorrichtung 1 bzw. dem Behältnis 2 entfernt werden. Gleiches gilt gemäß dem Pfeil P5 für die gereinigte Flüssigkeit F*, welche bestimmungsgemäß weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise durch Eindicken in einer Verdampfstation, um Zucker-Dicksaft zu erhalten oder in anderer Art und Weise, insbesondere wenn es sich bei der gereinigten Flüssigkeit F* um gereinigte Vinasse handelt, was bereits erwähnt wurde und worauf an dieser Stelle nicht weiter einzugehen ist.
Durch den Einsatz der vorstehend beschriebenen Carbonatationseinrichtung 5 mit Ultraschall besteht die Möglichkeit, den Carbonatationsprozess sehr effizient mit nur geringem C02-Verbrauch und gegenüber dem Stand der Technik deutlich abgesenktem Energiebedarf (insbesondere bedingt durch den niedrigeren C02-Einleitdruck) durchzuführen. Aufgrund der effizienten Prozessführung, welche nicht zuletzt durch den kleineren Durchmesser der Gasblasen 6 bedingt ist, kann der Reinigungsprozess in kürzerer Zeit ablaufen als nach dem Stand der Technik. Zudem ist es möglich, die Höhenausdehnung H des Behältnisses 2 gegenüber dem Stand der Technik deutlich zu verringern. Alle diese Aspekte tragen dazu bei, den Carbonatationsprozess schneller, kostengünstiger und effizienter ablaufen zu lassen, dass sich insbesondere durch abgesenkte Betriebsund Investitionskosten positiv bemerkbar macht und den nutzbaren Einsatzbereich des Prozesses stark vergrößert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten (3), insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen (R), wobei
a) zunächst einer zu reinigenden Flüssigkeit (3) Calciumhydroxid zugesetzt wird und
b) anschließend gasförmiges Kohlendioxid (6) in die zu reinigende Flüssigkeit (3) eingeleitet wird, um Calciumcarbonat auszufällen, welches die unerwünschten Begleitstoffe (R) bindet und/oder mitreißt, dadurch gekennzeichnet, dass
im Zusammenhang mit Schritt b) Gasausströmöffnungen (5b) für das Kohlendioxid mit Ultraschall (5f) beaufschlagt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids kontinuierlich erfolgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids und/oder in zeitlicher Nähe zum Einleiten des Kohlendioxids regelmäßig oder unregelmäßig gepulst erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid in Form kleiner Blasen (6) mit einem mittleren Blasendurchmesser (d) von weniger als etwa 1 cm, vorzugsweise weniger als etwa 5 mm, höchst vorzugsweise weniger als etwa 2 mm eingeleitet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Gasausströmöffnungen (5b) für das Kohlendioxid zusätzlich auch weitere Bestandteile (7) einer zur Durchführung des Ver- fahrens eingesetzten Vorrichtung (1 ), wie Leitungen oder Sensoren etc. , mit Ultraschall beaufschlagt werden (5f).
7. Vorrichtung (1) zum Reinigen von Flüssigkeiten (3), insbesondere Rohsaft oder Vinasse, von unerwünschten Begleitstoffen (R), umfassend wenigstens eine Kalkungseinrichtung (4), die dazu ausgebildet ist, einer zu reinigenden Flüssigkeit (3) Calciumhydroxid zuzusetzen, und wenigstens eine Carbonatationseinrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, über Gasausströmöffnungen (5b) gasförmiges Kohlendioxid (6) in die zu reinigende Flüssigkeit (3) einzuleiten, um Calciumcarbonat auszufällen, weiches die unerwünschten Begleitstoffe (R) bindet und/oder mitreißt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Carbonatationseinrichtung (5) Ultraschalimittel (5c, 5d) aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Gasausströmöffnungen (5b) mit Ultraschall (5f) zu beaufschlagen.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmittel Ultraschallschwinger (5c) umfassen, die als Platten-, Stab- Tauchschwinger oder dergleichen ausgebildet sind.
9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Ultraschallfrequenz im Bereich zwischen 25 und 120 kHz und/oder im Bereich > 500 kHz liegt.
10. Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwinger (5c) eng benachbart den Gasausströmöffnung (5b) angeordnet sind, vorzugsweise in der zu reinigenden Flüssigkeit (3), oder dass höchst vorzugsweise die Gasausströmöffnungen (5b) selbst Ultraschallschwinger umfassen.
1 1 . Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalimittel (5c, 5d) dazu ausgebildet sind, die Ultraschalibeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids vorzunehmen.
12. Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die U!trascha!imittel (5c, 5d) dazu ausgebildet sind, die Ultraschallbeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids kontinuierlich vorzunehmen.
13. Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmittel (5c, 5d) dazu ausgebildet sind, die Ultraschallbeaufschlagung (5f) während des Einleitens des Kohlendioxids und/oder in zeitlicher Nähe zum Einleiten des Kohlendioxids regelmäßig oder unregelmäßig gepulst vorzunehmen.
14. Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasausströmöffnungen (5b) dazu ausgebildet sind, das Kohlendioxid in Form kleiner Blasen (6) mit einem mittleren Blasendurchmesser (d) von weniger als etwa 1 cm, vorzugsweise weniger als etwa 5 mm, höchst vorzugsweise weniger als etwa 2 mm einzuleiten, vorzugsweise indem die Gasausströmöffnungen (5b) einen Öffnungsquerschnitt (D) aufweisen, welcher in etwa dem mittleren Biasendurchmesser (d) entspricht.
15. Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmittel (5c', 5d) dazu ausgebildet sind, neben den Gasausströmöffnungen (5b) für das Kohlendioxid zusätzlich auch weitere Bestandteile (7) der Vorrichtung (1 ), wie Leitungen oder Sensoren etc., mit Ultraschall (5f) zu beaufschlagen.
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