DE19911520A1 - Kieselgur als Filterhilfsmittel der Getränkeindustrie und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kieselgur, die als Filterhilfsmittel in der Getränkeindustrie eingesetzt wird und ein Verfahren zu ihrer Herstellung aus Filtrationsschlämmen z. B. der Brauereiindustrie. Der entwässerte Schlamm wird bei einer Temperatur von 450-600 DEG C in einer Fremdbettwirbelschicht thermisch behandelt, wobei eine Kieselgur entsteht, die eine höhere BET-Oberfläche und ein höheres Porenvolumen und somit eine höhere Adsorptionsfähigkeit besitzt als eine vergleichbare handelsübliche Neugur. Diese Eingenschaften verbessern sich sogar bei Mehrfachrecycling. Die stark konische Form des Reaktorteils, in dem sich die Wirbelschicht ausbildet und die thermische Behandlung in einer Fremdbettwirbelschicht erhöhen die Verweilzeit der Kieselgurteilchen im Wirbelschichtraum und gestatten die Anwendung der o. a. niedrigen Reaktionstemperatur. Das wird noch durch die Restfeuchte des Filterkuchens unterstützt, die ein schnelles Austreiben der organischen Bestandteile aus der Kieselgur in den Reaktionsraum bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kieselgur als Filterhilfsmittel und ein Verfahren zu ihrer Her­ stellung.

In der Getränkeindustrie werden bei der Klarfiltration der Getränke (Bier, Wein u. a.) Kie­ selguren als Filterhilfsmittel eingesetzt. Der bei der Filtration anfallende Filtrations­ schlamm enthält neben der Kieselgur organische Substanzen. Er kann z. B. bei der Kom­ postierung Verwendung finden oder landwirtschaftlichen Kulturen als Bodenverbesserer direkt dem Ackerboden zugesetzt werden. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß die Landwirtschaft für die insgesamt anfallenden Schlämme nicht aufnahmefähig ist. Das ist z. T. jahreszeitlich bedingt, da nur vor oder nach dem Abernten der Ackerflächen Schlämme in den Ackerboden einbringbar sind. Eine Lagerung ist nicht möglich, da die Schlämme sehr schnell in Fäulnis übergehen. Eine Trocknung scheidet aus finanziellen Gründen aus. Eine 100%-ige landwirtschaftliche Nutzung der Schlämme würde sich auch deshalb verbieten, da sie zu einer allmählichen Anreicherung des Bodens mit anorgani­ schen Substanzen und zu Nitratanreicherungen führt. Aufgrund der hohen Preise für Kie­ selgur ist eine Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels aus den Filtrationsschlämmen zweckmäßig. Die Zielstellung beinhaltet die Herstellung einer Kieselgur, die die Ge­ brauchswerteigenschaften einer Neugur hat. Bekannt sind Verfahren, mit denen Kieselgur aus mechanisch entwässerten Filtrationsschlämmen mittels thermischer Behandlungs­ verfahren hergestellt werden können.

In DE-PS 39 35 952 und DE-PS 39 35 953 wird ein Verfahren vorgestellt, das eine Trock­ nung des Schlammes in einem Stromtrockner vorsieht, dem als Kalzinationsstufe ein Drallstromreaktor nachgeschaltet ist. Beide Apparate arbeiten nach dem Flugstromprinzip mit einer relativ geringen Feststoffdichte. Um hohe spezifische Leistungen bei hohem Ausbrand der organischen Substanzen zu erzielen, müssen im Kalzinationsreaktor Tem­ peraturen von 700°C, möglichst aber 800°C; angewendet werden. Bei diesen Temperatu­ ren werden nicht die charakteristischen granulometrischen Parameter von neuer Kiesel­ gur erreicht (BET-Oberfläche, Porenvolumen). Es treten bereits strukturelle Änderungen in der Kieselgurmatrix auf, die zum Absinken der Werte für BET-Oberfläche und Poren­ volumen führen.

In DD 288317 A5 wird ein Zerteilungswirbelschichtreaktor vorgestellt, der mit einem Rührwerk arbeitet. Feinkörnige Stoffe wie Kieselgur sind schlecht wirbelfähig, sie neigen zur Kanalbildung, die durch ein Rührwerk ständig unterbunden werden muß. Dadurch ist jedoch die optimale Vermischung von Feststoff und Fluidisierungsmittel nicht gewährlei­ stet. Um trotzdem einen vollständigen Ausbrand der organischen Bestandteile zu erzielen, müssen hier Kalzinationstemperaturen von 800-900°C angewendet werden, die jedoch die Sorptionseigenschaften der Kieselgur nachteilig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, nach dem aus mechanisch entwässerten Filtrationsschlämmen der Getränkeindustrie Kieselguren her­ gestellt werden, die gleiche oder bessere Filtrationseigenschaften als Neukieselgur auf­ weisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Erfindungswesentlich ist, daß die Trocknung des Schlammes und die Verbrennung der organischen Bestandteile gleichzeitig in einem Wirbelschichtreaktor bei 450-600°C er­ folgen. Die Reaktivität des Adsorbens erreicht bei 500°C ein Maximum, d. h. BET-Ober­ fläche und Porenvolumen erzielen bei dieser Temperatur ihre höchsten Werte. Das Ma­ ximum ist flach ausgebildet. Unterhalb 450°C und oberhalb 600°C nehmen die Werte rasch ab.

Um trotz der niedrigen Reaktionstemperatur einen vollständigen Ausbrand der organi­ schen Bestandteile zu erreichen, wird eine lange Verweilzeit und gleichmäßige Verteilung der Kieselgurteilchen in der Fremdbettwirbelschicht und ein schnelles Austreiben der or­ ganischen Bestandteile aus dem Kieselgurteilchen gewährleistet.

Erfindungsgemäß erreicht man das dadurch, daß der Kieselgurfilterkuchen ungetrocknet unmittelbar über dem Düsenboden eines Wirbelschichtreaktors in eine Fremdbettwirbel­ schicht eingetragen wird, die sich in einem stark konischen Reaktorteil ausbildet, das ein Flächenverhältnis von Freeboard : Rostebene von 2 : 1 bis 4 : 1 aufweist. Dadurch ergibt sich eine zirkulierende, die Verweilzeit der Kieselgurteilchen im Fremdbett erhöhende Teilchenbewegung. Die Gleichzeitigkeit von Trocknung und Verbrennung bewirkt erfin­ dungsgemäß eine beschleunigte Desorption der organischen Substanzen durch den Wasserdampf in den Verbrennungsraum, so daß der Ausbrand überwiegend in der Wir­ belschicht und nur zum geringen Teil im Oberofen erfolgt.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß die niedrige Reaktionstemperatur die Hohlraum­ struktur des Kieselgurteilchens dahingehend verändert, daß Poren mit größerem Poren­ volumen ausgebildet werden, die zu einer verbesserten Adsorptionsfähigkeit führen. Der Anteil größerer Poren am Gesamtporenvolumen nimmt zu. Dieser Vorgang setzt sich bei Mehrfachrecyclierung fort, so daß durch die Mehrfachrecyclierung eine Verbesserung der Adsorptionsfähigkeit erreicht wird.

Die Abscheidung der pneumatisch aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Kiesel­ gur erfolgt in einem Zyklon und einem Gewebefilter. Erfindungsgemäß wird durch unter- oder überlastige Eintrittsgeschwindigkeit des Abgases in den Zyklon eine Korngrößenver­ änderung des Austrags aus dem Zyklon und aus dem anschließenden Gewebefilter er­ zielt, die handelsüblicher Mittel- und Feingur entspricht und den Anforderungen des Ver­ brauchers angepaßt werden kann. Die Variationsbreite der Eintrittsgeschwindigkeit be­ trägt bei unterlastiger Arbeitsweise 8-12 m/s, 12-16 m/s bei normallastiger und bei überlastiger 16-20 m/s.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden.

Der im Sammelbehälter 1 gespeicherte Brauereischlamm wird mit Hilfe der Dickstoffpum­ pe 2 einer Filterpresse 3 zugeführt und auf ca. 50% TS.-Gehalt entwässert. Das Förder­ band 4 befördert ihn in den Vorratsbunker des Schneckendosierers 5. Dieser fördert den bei Bedarf mit einer Stachelwalze zerkleinerten Filterkuchen in die Fremdbettwirbelschicht des Wirbelschichtofens 6. Die unmittelbar über dem Düsenboden eingetragene Kieselgur wird sofort in der Fremdbettwirbelschicht verteilt, die eine stark konische Form besitzt. Die feinen Kieselgurteilchen diffundieren durch die Fremdbettwirbelschicht und werden zu 100% pneumatisch aus dem Reaktor ausgetragen und in das Abgassystem überführt. Die Fremdbettwirbelschicht und die zirkulierende Teilchenbewegung des Fremdbettes, die auch den Kieselgurteilchen aufgezwungen wird, erhöhen deren Verweilzeit im Wirbelbett. Das in den Poren der Kieselgurteilchen enthaltene Wasser verdampft schlagartig und beschleunigt den Übergang der organischen Bestandteile in die Wirbelschicht. Dadurch kann der Verbrennungsvorgang fast ausschließlich in der Wirbelschicht erfolgen.

Die Niedertemperaturarbeitsweise gewährleistet sehr gute Werte der BET-Oberfläche und des Porenvolumens:

Das mit den Kieselgurteilchen beladene Abgas wird dem Kühlzyklon 7 und dem Gewebe­ filter 8 zugeführt. Durch unter-, normal- oder überlastige Eintrittsgeschwindigkeit des Ab­ gases in den Zyklon können die Korngröße der Mittelgur und der Feingur den wechseln­ den Anforderungen des Verbrauches angepaßt werden.

Das Filterabgas wird vom Ventilator 11 dem Schornstein 12 zugeführt.

Claims (2)

1. Kieselgur als Filterhilfsmittel der Getränkeindustrie, insbesondere der Brauereien gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Mittelgur die BET-Oberfläche 4 bis 6 m²/g und das Porenvolumen 13 bis 25 cm³/g und bei einer Feingur die BET-Oberfläche 9-10 m²/g und das Po­ renvolumen 25 bis 40 cm³/g betragen und daß bei diesen Kieselguren das Ge­ samtporenvolumen einen hohen Anteil an vergleichsweise großen Poren hat.

2. Verfahren zur Herstellung der Kieselgur gemäß Anspruch 1 durch Trocknung von Filtrationsrückständen der Getränkeindustrie, insbesondere der Brauereien, und Verbrennung der darin enthaltenen organischen Bestandteile, gekennzeichnet da­ durch, daß die mechanisch entwässerten Filtrationsrückstände ungetrocknet unmittelbar über dem Rostboden eines Wirbelschichtofens in eine Fremdbettwirbelschicht mit Korngrößen des Fremdbetts von 0,5 bis 5 mm und einem Flächenverhältnis von Freeboard : Rostebene von 2 : 1 bis 4 : 1 eingetragen und dort in einem einstufi­ gen Verfahrensschritt bei Temperaturen zwischen 450°C bis 600°C getrocknet und dabei die organischen Bestandteile verbrannt werden und daß durch Variation der Eintrittsgeschwindigkeit der Abgase in den dem Wirbelschichtofen nachgeschal­ teten Zyklon zwischen 8 m/s und 20 m/s die Korngrößenverteilung in der Mittelgur aus dem Austrag des Zyklons und in der Feingur aus dem Austrag des anschlie­ ßend vorhandenen Gewebefilters gesteuert wird.