DD253243A1 - METHOD FOR PRODUCING BALL-END MOLDED GEL - Google Patents

Abstract

Anwendung findet das Verfahren in der chemischen Industrie, die Verwendung des Kieselgels, beispielsweise in der Lebens- und Genussmittelindustrie. Das erfindungsgemaesse Verfahren laeuft in einer Faellkolonne ab, in der im unteren Bereich eine Fluessigkeit, die sich nicht mit Wasser vermischt, einen hoeheren Dampfdruck und eine hoehere Dichte, aber eine niedrigere Siedetemperatur besitzt, vorhanden ist, in die ein Sol aus Wasserglas und Schwefelsaeure in einem bestimmten Verhaeltnis eingeduest wird und die gelierenden Hydrogelkugeln von unten nach oben, entgegen der Flussrichtung der Fluessigkeit steigen und nach dem Durchstossen einer Phasengrenzflaeche mit dem darueber befindlichen Wasser weiter aufsteigen, anschliessend gespuelt und danach vom Wasser abgeschieden werden. Es folgt eine Fluidisierung in einer Wirbelschicht, in einer Wirbelschichttrocknungsstufe, mit anschliessender Klassierung des Kieselgels.The process is used in the chemical industry, the use of silica gel, for example in the food and beverage industry. The process according to the invention takes place in a well column in which a liquid which does not mix with water, has a higher vapor pressure and a higher density but a lower boiling temperature is present in the lower region, into which a sol of water glass and sulfuric acid in a certain relationship is influenced and the gelling hydrogel spheres rise from bottom to top, against the flow direction of the liquid and continue to rise after penetrating a Phasengrenzflaeche with the water above it, then rinsed and then separated from the water. This is followed by fluidization in a fluidized bed, in a fluidized bed drying stage, with subsequent classification of the silica gel.

Description

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eingestellt wird und von Null an regelbar ist.is set and is adjustable from zero.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die minimale Geschwindigkeit des oberhalb der Phasengrenzfläche nach oben steigenden Wassers in Abhängigkeit des Durchmessers der größten erzeugten Hydrogelkugeln nach der Beziehung4. The method according to claim 1, characterized in that the minimum velocity of the water rising above the phase interface depending on the diameter of the largest hydrogel spheres produced by the relationship

W_min = 5,62 · d¹-⁵⁰⁰¹ einstellbar und bis zum 10fachen der Austragungsgeschwindigkeit regelbar ist.W _min = 5.62 · d ¹ - ⁵⁰⁰¹ adjustable and can be regulated up to 10 times the discharge speed.

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung kann in allen Bereichen der Technik angewendet werden, in denen ölfreies, kugelförmiges Kieselgel benötigt wird; beispielsweise in der Lebens- und Genußmittelindustrie sowie der chemischen Industrie.The invention can be applied in all areas of the art where oil-free spherical silica gel is needed; For example, in the food and beverage industry and the chemical industry.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bisher wird Kieselgel nach dem Fällungsverfahren in einem geeigneten Apparat hergestellt, indem Wasserglas und Schwefelsäure in einem bestimmten Verhältnis zueinander in einer Mischdüse gemischt werden.So far, silica gel is prepared by the precipitation method in a suitable apparatus by mixing water glass and sulfuric acid in a certain ratio to each other in a mixing nozzle.

Das so entstandene Sol verläßt die Düse und gelangt auf einen Verteilerteller, der sich über einem Ölbad befindet. Das in das Öl abtropfende Sol sinkt aufgrund der Dichtedifferenz als Tropfenschwarm nach unten. Dabei geliert es. Direkt unter dem Ölbad ist ein Wasserbad angeordnet. Die inzwischen gelierten Hydrogelkugeln durchstoßen die Phasengrenzflächen und werden vom darunter strömenden Wasser abtransportiert. Zur Herauslösung des Natriumsulfats aus der Gelstruktur werden die Hydrogelkugeln bis zu 24 h gewässert. Danach werden sie einer Trocknungsstufe zugeführt und bei einer Temperatur von maximal 200⁰C getrocknet. Die Trocknungszeit beträgt ca. 12-24h.The resulting sol leaves the nozzle and reaches a distributor plate, which is located above an oil bath. The sol dripping into the oil drops downwards due to the difference in density as a swarm of droplets. It gels. Directly below the oil bath is a water bath. The now gelled hydrogel spheres pierce the phase interfaces and are transported away by the water flowing underneath. To dissolve out the sodium sulfate from the gel structure, the hydrogel spheres are watered for up to 24 h. Thereafter, they are fed to a drying stage and dried at a temperature of at most 200 ⁰ C. The drying time is approx. 12-24h.

Aus der DE-OS 2220577 ist eine Bandtrocknung zu entnehmen, bei der sich das zu trocknende Gel auf einem endlosen Band bewegt und dabei im Querstrom von Heißluft über- bzw. zum Teil durchströmt wird. Da sich die Gelteilchen auf dem Band in ruhender Schüttung befinden, deren Porosität vom Komspektrum und vom Trocknungsgrad der Teilchen sowie deren Zerfallschüttung abhängig ist, ist eine gleichmäßige Umströmung aller Teilchen und damit eine definierte Einstellung der Triebkraft der Funktion der Gutfeuchte nicht möglich. Nach der Trennung wird das entstandene Kieselgel einer Klassierung unterzogen, wobei Kieselgel und feinkörniges Stückgut entsteht.From DE-OS 2220577 a belt drying can be seen, in which the gel to be dried moves on an endless belt and thereby flows in the cross-flow of hot air or partially flows through. Since the gel particles on the belt are in quiescent bed, the porosity of Kom spectrum and the degree of drying of the particles and their Zerfallschüttung depends, a uniform flow around all particles and thus a defined adjustment of the driving force of the function of the moisture content is not possible. After separation, the resulting silica gel is subjected to a classification, whereby silica gel and fine-grained cargo originates.

Das beschriebene Verfahren zur Trocknung von Hydrogelteilchen nach dem DD-WP 211332 garantiert zwar eine exakte Trocknung in drei Verfahrensstufen, hat aber keinen positiven Einfluß auf die Herstellung und Qualität des Kieselgels.Although the described method for drying hydrogel particles according to DD-WP 211332 guarantees an exact drying in three process stages, but has no positive influence on the production and quality of the silica gel.

Folgende Nachteile sind zu nennen:The following disadvantages can be mentioned:

Verfahrensgemäß muß das Sol, das den Spritzteller verläßt, zunächst durch ein Ölbad fallen. Dadurch kommt es sowohl zur Anlagerung geringer Ölmengen am entstehenden Hydrogel als auch zu Öl-Einschlüssen in den Kugeln. Dieses Öl läßt sich durch die anschließende Wässerungs- und Trocknungsstufe nicht wieder entfernen.According to the procedure, the sol leaving the spray plate must first fall through an oil bath. This results in the accumulation of small amounts of oil on the resulting hydrogel as well as oil inclusions in the balls. This oil can not be removed by the subsequent washing and drying step again.

Somit ist das entstandene Kieselgel für bestimmte Prozesse durch seinen Gehalt an Ölspuren nicht mehr verwendbar. AußerdemThus, the resulting silica gel for certain processes by its content of traces of oil is no longer usable. also

führen dieÖlrestezu einer schmutziggelben Farbe des Gels.The oil residues lead to a dirty yellow color of the gel.

Weiterhin wird ein Teil des Öles an der Phasengrenze zum Wasser zu einer Emulsion, somit gelangt eine erhebliche Menge Öl ins Abwasser, was zu Umweltschäden führt.Furthermore, a part of the oil at the phase boundary to the water becomes an emulsion, thus a significant amount of oil enters the sewage, resulting in environmental damage.

Da der Spritzteller unter der Mischdüse zum Verkleben neigt, muß dieser und somit die freie Öloberfläche zugänglich sein, was insbesondere bei höheren Temperaturen zur Entwicklung von Dämpfen und damit Umweltbelastungen bzw. Verlusten führt.Since the spray plate tends to stick under the mixing nozzle, this and thus the free oil surface must be accessible, resulting in particular at higher temperatures for the development of vapors and thus environmental pollution or losses.

Außerdem läßt sich die Kugelgröße der entstehenden Hydrogelkugeln beim beschriebenen Verfahren nur in geringen Grenzen variieren.In addition, the ball size of the resulting hydrogel spheres in the described method can only vary within narrow limits.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist, Kieselgel mit höheren Gebrauchswerten herzustellen, die sich durch Ölfreiheit, breiten Anwendungsbereich und effektivere Herstellung dokumentieren.The aim of the invention is to produce silica gel with higher utility values, which are documented by freedom from oil, wide range of application and more effective production.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von kugelförmigem Kieselgel zu entwickeln, welches einen kontinuierlichen Prozeß von der Herstellung, über die Trocknung bis zur Klassierung gestattet und im Ergebnis ein ölf reies Kieselgel liefert, wobei das Verfahren sich durch hohe Produktivität und einstellbare Verfahrensparameter auszeichnen soll.The invention has for its object to develop a process for the production of spherical silica gel, which allows a continuous process from the production, drying to the classification and as a result provides a elled silica gel, the method is characterized by high productivity and adjustable To designate process parameters.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das in einer bekannten Fällkolonne abläuft, wobei im unteren Teil eine Flüssigkeit, die sich nicht mit Wasser vermischt, einen höheren Dampfdruck und eine höhere Dichte, aber eine niedrigere Siedetemperatur als Wasser besitzt und im oberen Teil der Fällkolonne Wasser vorgesehen sind. Zwischen den beiden Medien bildet sich eine sogenannte Phasengrenzfläche aus.According to the invention the object is achieved by a method which proceeds in a known precipitation column, wherein in the lower part a liquid which does not mix with water, a higher vapor pressure and a higher density, but has a lower boiling temperature than water and in the upper part of Fällkolonne water are provided. Between the two media forms a so-called phase interface.

Als Flüssigkeit, die nicht mit Wasser vermischbar ist, kann vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff verwendet werden.As a liquid which is not miscible with water, carbon tetrachloride may preferably be used.

In diese Flüssigkeit wird von unten ein Sol, bestehend aus einem Teil Schwefelsäure mit einer Konzentration von 18-31% und zwei Teilen Wasserglas mit einem SiO₂-Gehaltvon 10-20%, eingedüst. Die feinverteilten Teilchen erstarren zu Soltropfen und steigen in dieser Flüssigkeit nach oben und gelieren zu Hydrogelkugeln, wobei die Strömungsrichtung der Flüssigkeit entgegengerichtet ist, also von oben nach unten.Into this liquid is injected from below a sol consisting of one part of sulfuric acid with a concentration of 18-31% and two parts of water glass with an SiO ₂ content of 10-20%. The finely divided particles solidify to sol drops and rise in this liquid upwards and gel to hydrogel spheres, wherein the flow direction of the liquid is directed opposite, ie from top to bottom.

Nach dem Durchstoßen der Phasengrenzfläche steigen die Hydrogelkugeln mit dem sich oberhalb der Phasengrenzfläche befindlichen Wasser in der Fällkolonne nach oben und werden anschließend außerhalb der Fällkolonne vom Wasser getrennt und gespült. Daran schließt sich wieder eine Wasserabscheidung an, und in den folgenden Verfahrensstufen erfolgt eine Fluidisierung der Hydrogelteilchen in einer Wirbelschicht, der Wirbelschichttrocknungsstufe, mit anschließender Klassierung des erzeugten Kieselgels.After piercing the phase interface, the hydrogel spheres rise with the water located above the phase interface in the precipitation column upwards and are then separated from the water and rinsed outside the precipitation column. This is again followed by a separation of water, and in the following process steps, the hydrogel particles are fluidized in a fluidized bed, the fluidized-bed drying stage, with subsequent classification of the silica gel produced.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Einstell- und Regelbarkeit der maximalen Geschwindigkeit der im oberen Teil der Fällkolonne befindlichen Flüssigkeit. Diese wird in Abhängigkeit von den mittleren Hydrogelkugeldurchmessern und vom Verhältnis der Dichten der Hydrogelkugeln und der nach unten strömenden Flüssigkeit nach der BeziehungAnother feature of the invention is the adjustability and controllability of the maximum speed of the liquid located in the upper part of the precipitation column. This becomes dependent upon the average hydrogel sphere diameters and the ratio of the densities of the hydrogel spheres and the downflowing liquid according to the relationship

eingestellt und ist von Null an regelbaris set and is adjustable from zero

Dabei bedeuten: Where:

^n die Dichte des Hydrogels :^ n the density of the hydrogel:

ς₅ die Dichte der schweren Flüssigkeitς ₅ the density of the heavy liquid

den Durchmesser der Hydrogelkugeln.the diameter of the hydrogel balls.

Weiterhin gehört zur Erfindung, daß die minimale Geschwindigkeit des steigenden Wassers im oberen TeH der Fällkolonne gleichfalls einstellbar und bis zum lOfachen der Austragsgeschwindigkeit geregelt werden kann. Die minimale Gechwindigkeit des aufsteigenden Wassers wird in Abhängigkeit des Durchmessers der größten erzeugten Hydrogelkugeln nach der BeziehungIt is also part of the invention that the minimum speed of the rising water in the upper TeH of the precipitating column can also be adjusted and regulated up to 10 times the discharge rate. The minimum velocity of the ascending water becomes dependent on the diameter of the largest hydrogel spheres produced by the relationship

W_min = 5,62 · d¹·⁵⁰⁰¹ W _min = 5.62 x d ¹ x ⁵⁰⁰¹

eingestellt. Dabei ist d das Maß des größten Hydrogels.set. Where d is the measure of the largest hydrogel.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der Erzeugung eines kugelförmigen und ölfreien Kieselgels, das hohe . Gebrauchseigenschaften besitzt und auch in der Lebens- und Genußmittelindustrie verwendet werden kann. Das Verfahren gestattet einen kontinuierlichen Prozeß zur Herstellung des Kieselgels, wobei die Variierung der Korngrößen während des laufenden Produktionsprozesses von besonderem Vorteil ist.The advantages of the invention lie in the production of a spherical and oil-free silica gel, the high. Has utility properties and can also be used in the food and luxury food industry. The process allows a continuous process to produce the silica gel, with variation of grain sizes being particularly advantageous during the ongoing production process.

Ausführungsbeispielembodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anschließend näher erläutert werden, wobei der Verfahrensablauf mit Hilfe einer in der Zeichnung darstellten Anlage beschrieben wird.The method according to the invention will be explained in more detail below, the method sequence being described with the aid of a system represented in the drawing.

Ein Volumenstrom von beispielsweise 0,3 m³/h Wasserglas mit einem SiO₂-Gehalt von 15% und ein Volumenstrom von 0,15m³/ h Schwefelsäure mit einer Konzentration von 23% wird einer Mischdüse 1 über zwei Dosierpumpen 2 zugeführt. Die Mischdüse 1 befindet sich im unteren Teil einer Fällkolonne 3. Der untere Teil der Fällkolonne 3 ist mit 7 000 kg Tetrachlorkohlenstoff gefüllt, welcher durch einen Kreislauf ständig auf diesem Niveau gehalten wird, d.h. unterhalb der Mischdüse 1 wird ständig Tetrachlorkohlenstoff mittels einer Pumpe 4 abgezogen, über einen Wärmeübertrager 5 auf 4O⁰C erwärmt und in 5,5m Höhe wieder der Fällkolonne 3 zugeführt. ·A volume flow of, for example, 0.3 m ³ / h of water glass with a SiO ₂ content of 15% and a volume flow of 0.15 m ³ / h of sulfuric acid with a concentration of 23% is fed to a mixing nozzle 1 via two metering pumps 2. The lower part of the precipitation column 3 is filled with 7 000 kg of carbon tetrachloride, which is constantly maintained at this level by a circuit, ie below the mixing nozzle 1 carbon tetrachloride is continuously withdrawn by means of a pump 4 , heated to 4O ⁰ C via a heat exchanger 5 and fed back to the precipitation column 3 at a height of 5.5 m. ·

Der Massenstrom des Tetrachlorkohlenstoffkreislaufs beträgt 4000 kg/h, die Geschwindigkeit in der Fällkolonne 3 von oben nach unten 0,01 m/s.The mass flow of the carbon tetrachloride cycle is 4000 kg / h, the speed in the precipitation column 3 from top to bottom 0.01 m / s.

Im Oberteil der Fällkolonne 3 befinden sich 2300 kg Wasser. In einer Höhe von 6,5 m wird ein Volumenstrom von 30 m³/h Wasser in die Fällkolonne 3 über eine Pumpe 6 eingespeist, und in Höhe von 9 m läuft das Gemisch aus erstarrten Hydrogelkugeln, nachdem diese die Phasengrenzfläche 10 durchstoßen haben und Wasser über einen Überlauf 7 in eine Rinne 8 und von dort auf ein Sieb 9. Vom Siebablauf wird das Wasser über einen Auffangtrichter 11 und Vorratsbehälter 12 wieder in den Kreislauf zurückgeführt.In the top of the precipitation column 3 are 2300 kg of water. At a height of 6.5 m, a volume flow of 30 m ³ / h of water is fed into the precipitation column 3 via a pump 6, and at a height of 9 m the mixture of solidified hydrogel spheres runs after they have penetrated the phase boundary 10 and water via an overflow 7 in a channel 8 and from there to a sieve 9. From the sieve drain, the water is returned via a collecting funnel 11 and reservoir 12 back into the circulation.

Die Hydrogelkugeln, die einen mittleren Durchmesser von 10 mm erreicht haben, werden über eine Rinne 13 in eine Spülstufe geleitet. Nach dem Spülvorgang werden sie über eine hydraulische Förderstufe 15 auf ein weiteres Sieb 16 gefördert, vom Wasser getrennt und in eine Wirbeschichttrocknungsstufe 17 geleitet. In diese Wirbelschicht werden 250000m³/h Umgebungsluft durch einen Ventilator 18 über Wärmeübertrager 19 angesaugt. Die Umgebungsluft wird dabei auf 100⁰C erwärmt, durch das Wirbelbett geleitet und über einen Abscheider 20 geführt, wobei das getrocknete Kieselgel nach einer Verweilzeit von 4h über eine Abfördereinrichtung 21 einer Klassierungsstufe 22, in die auch der im Abscheider 20 anfallende Unterkornanteil geleitet wird, zugeführt und in beliebig viele gewünschte Fraktionen getrennt.The hydrogel balls, which have reached a mean diameter of 10 mm, are passed via a channel 13 in a rinsing stage. After the rinsing process, they are conveyed via a hydraulic conveying stage 15 to a further sieve 16, separated from the water and passed into a Wirschichtight drying stage 17. In this fluidized bed 250000m ³ / h of ambient air are sucked by a fan 18 via heat exchanger 19. The ambient air is heated to 100 ⁰ C, passed through the fluidized bed and passed through a separator 20, wherein the dried silica gel after a residence time of 4h via a discharge 21 of a classification stage 22, in which also in the separator 20 resulting Unterkornanteil is passed, fed and separated into any desired fractions.

Die die Wirbelschichttrocknungsstufe 17 verlassende Luft hat eine Temperatur von 5O⁰C und wird über den Abscheider 20 geführt. Nach der genannten Verweilzeit von 4h in der Wirbelschichttrocknungsstufe 17 hat das austretende Kieselgel eine Restfeuchte von weniger als 2% Wasser und ist absolut ölfrei.The air leaving the fluidized bed drying stage 17 has a temperature of 5O ⁰ C and is passed through the separator 20. After the stated residence time of 4 h in the fluidized-bed drying stage 17, the emerging silica gel has a residual moisture content of less than 2% water and is absolutely free of oil.

Claims (3)

Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur Erzeugung von kugelförmigem Kieselgel, bei dem Wasserglas und Schwefelsäure über einen Verteilerteller von oben in eine Flüssigkeit gegeben wird, gekennzeichnet dadurch, daß ein Sol aus Wasserglas und Schwefelsäure, beides in einem bestimmten Verhältnis zueinander, in eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, die einen höheren Dampfdruck und eine niedrigere Siedetemperatur als Wasser, jedoch eine höhere Dichte besitzt, von unten eingedüstwird,zu Soltropfen erstarren und in dieser Flüssigkeit, entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit, von unten nach oben steigen, zu Hydrogelkugeln gelieren, die eine Phasengrenzfläche durchstoßen, in das sich oberhalb der Phasengrenzfläche befindliche Wasser gelangen und mit dem Wasser weiterhin aufsteigen, anschließend vom Wasser getrennt werden, wonach sich ein Spülvorgang mit nachfolgender Wasserabscheidung anschließt und sich in einer nachgeschalteten Wirbelschichttrocknungsstufe infolge der Fluidisierung mit maximal 15O⁰C erwärmter Luft zu Kieselgel ausbilden und anschließend klassiert werden.1. A process for the production of spherical silica gel, in which water glass and sulfuric acid is added via a distributor plate from above into a liquid, characterized in that a sol of water glass and sulfuric acid, both in a certain ratio to one another, in a water-immiscible liquid , Preferably carbon tetrachloride, which has a higher vapor pressure and a lower boiling temperature than water, but a higher density, is injected from below, solidify to sol drops and gelatin in this liquid, against the flow direction of the liquid, from bottom to top, gel to hydrogel balls, the piercing a phase interface into which water located above the phase interface and continue to rise with the water, then be separated from the water, followed by a rinsing followed by water separation and in a downstream fluidized bed tion stage as a result of fluidization with a maximum of 15O ⁰ C heated air to form silica gel and then classified. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Sol aus einem Teil Schwefelsäure mit einer Konzentration von 18-31 % und zwei Teilen Wasserglas mit einem SiO₂-Gehaltvon 10-20% besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the sol consists of one part of sulfuric acid with a concentration of 18-31% and two parts of water glass with a SiO ₂ content of 10-20%. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Geschwindigkeit der nach unten strömenden Flüssigkeit, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, in Abhängigkeit vom mittleren Hydrogelkugeldurchmesser und vom Verhältnis der Dichten der Hydrogelkugeln und der nach unten strömenden Flüssigkeit nach folgender Beziehung3. The method according to claim 1, characterized in that the maximum velocity of the downwardly flowing liquid, preferably carbon tetrachloride, depending on the average hydrogel spherical diameter and the ratio of the densities of the hydrogel spheres and the downflowing liquid according to the following relationship