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Dr. Stefan Neufeld, Geschäftsbereich Filtration J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+CO J. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+CO GMBH+CO Filterhilfsmittel SGVC Seminar vom 27.11.2007: Technologien zur Technologien zur Mechanischen Fest Mechanischen Fest - - Flüssig Flüssig - - Trennung Trennung Kieselgur Kieselgur Perlite Perlite Holz Holz Cellulose Cellulose

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Dr. Stefan Neufeld, Geschäftsbereich Filtration

J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO

Filterhilfsmittel

SGVC Seminar vom 27.11.2007:

Technologien zur Technologien zur

Mechanischen FestMechanischen Fest--FlüssigFlüssig--TrennungTrennung

KieselgurKieselgur PerlitePerliteHolz Holz CelluloseCellulose

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J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COJ. RETTENMAIER & SÖHNE J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+COGMBH+CO

Was ist AnschwemmfiltrationWas ist AnschwemmfiltrationAnschwemmfiltration

Verfahren innerhalb der Fest-Flüssig-Trennung

Lose, meist pulver- oder faserförmige Produkte

Mit oder ohne „Dauerdosierung“ (Bodyfeed)

Gängige Bezeichnung – „Precoat-Filtration“

Unfiltrat

Filtrat

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UnfiltratFilter

Filtration ohneFilterhilfsmittel

GrundprinzipGrundprinzip

FilterTank

Filterhilfs-mittel

Voranschwemmung„Precoat“

UnfiltratFilter

Filterhilfs-mittel

Dauerdosage“Bodyfeed“

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Gängige Filtersysteme (Hardware)Gängige Filtersysteme Filtersysteme (Hardware)

Druckfilter (diskontinuierliche Systeme)

PlattenfilterKerzenfilterFilterpresseDruckbandfilter

Vakuumfilter (“quasi-kontinuierliche“ Systeme)

Trommelfilter (RVDF)

Im wesentlichen zwei Gruppen...

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Gängige AnschwemmfiltersystemeGängige AnschwemmfiltersystemeAnschwemmfiltersysteme

... Druckfilter

Kerzenfilter Plattenfilter Druckbandfilter

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Anschwemmsysteme / PlattenfilterAnschwemmsysteme / PlattenfilterPlattenfilter

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Anschwemmsysteme / KerzenfilterAnschwemmsysteme / KerzenfilterKerzenfilter

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Gängige AnschwemmfiltersystemeGängige AnschwemmfiltersystemeAnschwemmfiltersysteme

... Vakuumfilter

Vakuumtrommelfilter

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Welche Filterhilfsmittel gibt es?Welche FilterhilfsmittelFilterhilfsmittel gibt es?

Organische Produkte

Cellulose Holz „Andere“

Mineralische Produkte

Kieselgur Perlite „Andere“

Adsorbentien:Bleicherde, Silicate Silica Gel, etc.

silikatischeAlgen-Skelette

silikatischesVulkangestein

Pflanzenfasern:z.B. Maiskolben.

Adsorbens: Aktivkohle

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Was ist Kieselgur ?Was ist KieselgurKieselgur ?Ebenfalls bekannt als Diatomite, Diatomaceous Earth (DE) oder Diatomeenerde

Diatomeen sind im Meer und Seen vorkommende, mikroskopisch kleine Einzeller (Kieselalgen), wovon es mehrere tausend Arten gibt

Wenn diese Einzeller sterben, bleiben die aus Siliciumdioxid (Kieselerde) bestehende Zellwände (Skelette) erhalten und sinken auf den Meeres- bzw. Seeboden ab.

Kieselguren werden aus natürlichen, fossilen Ablagerungen abgestorbener Diatomeen im Tagebau gewonnen.

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Kieselgur-AufbereitungKieselgur-AufbereitungAufbereitungAbtrennung des Sandanteils von ca. 30% und Trocknen in Drehrohröfen (enthält bis zu 60% Wasser).

Kalzinierung bei Temperaturen von 800-1200°C, um organische Restsubstanzen zu verbrennen und störende lösliche Spurenelemenemte in weitgehend unlösliche Verbindungen zu überführen.

Dies geschieht teilweise durch Zugabe von NaCl oder NH4Cl, die unerwünschtes Eisen (Eisenoxid) in flüchtiges FeCl3 umwandeln.

Bei der Kalzininierung sintern die kleinen Cluster zu typischen Partikelgrößen zwischen 2-7 μm zusammen.

Um noch größere Partikel (4-40 μm) zu erzeugen, erhitzt man das Rohmaterial auf Temperaturen von ~ 1.200°C unter Zugabe von Flussmitteln wie Na2CO3, KOH oder NaOH (sog. Flux-Kalzinierung).

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Kieselgur-Problem !Kieselgur-Problem !

See (for example) under ...

http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/crthgr01.php

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Vorteile von KieselgurenVorteile von KieselgurenKieselguren

Hohe innere Porosität, dadurch

ausgezeichnete Filtrationseigenschaften

chemisch weitestgehend „inert”

breites Spektrum an Filterhilfsmittel-Qualitäten ist

weltweit verfügbar

KieselgurKieselgur KieselgurKieselgur Perlite

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Perlite Aluminiumsilikat

(Thermisch) expandiertes und gemahlenes Vulkangestein

Perlite Erz

Gemahlenes Perlite Erz

Expandiertes Perlite Erz

Gemahlenes, expandiertes Perlite Erz

PerlitePerlite

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Perlite Verglichen mit Kieselgur ist Perlite nicht porös. Die Effektivität in der Filtration beruht mehr auf einem „makroskopischen“, physikalischen Trenneffekt.

Perlite wird teilweise als Additiv für Kieselgur genutzt, um höhere Durchflussraten zu erzielen

PerlitePerlite

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Vorteile der PerliteVorteile der PerlitePerlite

sehr viel leichter als Kieselgur (durch geringes Eigengewicht)

chemisch weitestgehend „inert”

häufig preiswerter als Kieselgur

weltweit verfügbar, lokale Produzenten

Kieselgur Kieselgur PerlitePerlite

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Kieselgur & Perlite HerstellerKieselgur & Perlite Hersteller

Kieselgur

World Minerals, Celite (USA)Celite, Kenite, etc.

Eagle Picher (USA)Celatom

Grefco, Dicalite (USA)Dicalite

Ceca (France)Clarcel

Perlite

World Minerals, Celite (USA)Europerl, Harbolite

Dicalite (USA, Belgium)Dicalite

Ceca (France)Clarcel-Flo

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... dominieren den Markt seit Jahren ...

Aber es gibt auch einige Nachteile ...

Kieselgur und Perlite ...Kieselgur und Perlite ...

Warum? Bekannt und eingeführt seit vielen Jahren ...Bewährte, „traditionelle” TechnologieEmpfohlen von vielen SeitenStandard in Rezepturen, Empfehlungen, etc. Technisch effektiv und zuverlässig

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Gesundheitsaspekt(Kieselgur ist als „krebserregend“ eingestuft)

Höherer Verbrauch mit Kieselgur (im Vergleich zu organischen FHM)

Damit mehr Abfall und höherer Produktverlust

Entsorgung der verbrauchten FHM(hoher Aschegehalt, mineralische Substanzen)

Abrasivität(Perlite: Abrieb an Pumpen und Rohrleitungen)

Maximale Partikelgröße limitiert

Ionengehalte und organische Substanzen

Probleme & Nachteile mit Kieselguren & PerlitenProbleme & Nachteile Probleme & Nachteile mit Kieselguren & Perliten

werden eliminiert durch organische Filterhilfsmittel !

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Organische FilterhilfsmittelOrganische Filterhilfsmittel

Organische

Cellulose Holz „Andere“

Maiskolben-schrot

Adsorbentien: Aktivkohlen

Mineralische

Kieselgur Perlite „Andere“

Adsorbentien:Bleicherde,

Silica Gel, etc.

silicate-basedsceletons

silicate-basedvolcano rocks

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Cellulose (C6H10O5)n ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände

und die am häufigsten vorkommende organische Verbindung der Erde.

Vom chemischen Standpunkt aus betrachtet ist Cellulose ein unverzweigtes Polysaccharid (Biopolymer), das aus mehreren hundert bis tausenden (1,4)-β-glykosidisch verknüpften D-Glucose-Molekülen aufgebaut ist:

Technisch wichtigster Rohstoff zur Cellulose-Herstellung ist Holz.

Was ist Cellulose ?Was ist Cellulose Cellulose ?

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Wie wird Cellulose hergestellt ?Wie wird Cellulose Cellulose hergestellt ?

konz. Säuren / Laugen5–10 bar130–180 °C20–35 h

Cellulose

LigninExtrakte

CelluloseCelluloseCelluloseLigninExtrakte

HolzHolz

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Wie wird FILTRACEL EFC hergestellt ?Wie wird FILTRACEL EFC FILTRACEL EFC hergestellt ?

konz. Säuren / Laugen5–10 bar130–180 °C20–35 h

Cellulose

LigninExtrakte

CelluloseCelluloseCelluloseLigninExtrakte

HolzHolz

verd. Säuren / Laugen1 bar60–100 °C1–2 h

CelluloseLignin

Extrakte

FILTRACEL EFCFILTRACEL EFC

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Rohmaterial: Cellulose Cellulose und/oder HolzHolz

Vermahlung & KlassierungVermahlung & Klassierung

Vorzer-kleinerung

VermahlungsVermahlungs--technologietechnologie

Sieben &Sichten

zu grob

Verpackung

Endfeinheit

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Herstellung von FilterhilfsmittelnHerstellungHerstellung von Filterhilfsmitteln

Abbauen, TrocknenExpandieren

Mahlen, BrechenKalzinieren

(Waschen mit Säure,Mischen)

Trocknen oder BefeuchtenVermahlen

Sieben, Sichten

Granulieren, AgglomerierenCoaten, Mischen,

chemische Behandlung

RohstoffeRohstoffe

Verarbeitungder Rohstoffeund Klassieren

Verarbeitungder Rohstoffeund Klassieren

eventuellNachbehandlung

eventuellNachbehandlung

111

222

333

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Vorteile von Cellulose & HolzfasernVorteileVorteile von Cellulose & Holzfasern

spezifischer Verbrauch

Entsorgung, Produktverlust

Entsorgungswege

Unbedenklichkeit

Abrasivität

Fasereigenschaften

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NaßkuchendichteNaßkuchendichteNaßkuchendichte

Mineralische FHM ...

bilden einen schweren, kompakten Filterkuchen

Grund: Hohe Naßkuchendichte

Kieselgur: 300–450 g/l

Organische FHM ...

bilden einen offenen, porösen Filterkuchen

Grund: deutlich geringere Naßkuchendichte

Cellulose: < 200 g/l

Folge: geringerer spez. Verbrauch geringerer spez. Verbrauch für Cellulose

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BierWeinFruchtsaftSpirituosenetc.

BierWeinFruchtsaftSpirituosenetc.

GetränkeGetränke

Brine (NaCl-Lsg.)MetallurgieTitandioxidFermentationDampfkondensatVitamineKatalysatorenWasserglasPolyether, Polyoleetc.

Brine (NaCl-Lsg.)MetallurgieTitandioxidFermentationDampfkondensatVitamineKatalysatorenWasserglasPolyether, Polyoleetc.

ChemieChemie

ZuckerStärkehydrolysatGlucoseFructoseDextrose MaltosePektinSpeiseöl & FettGelatineAlginate,etc.

ZuckerStärkehydrolysatGlucoseFructoseDextrose MaltosePektinSpeiseöl & FettGelatineAlginate,etc.

NahrungsmittelNahrungsmittel MetallMetall

Kühlschmier-stoffeElektrolyt-Lsg.,etc.

Kühlschmier-stoffeElektrolyt-Lsg.,etc.

WasserWasser

AbwasserSchwimmbadSchlamm-entwässerung

AbwasserSchwimmbadSchlamm-entwässerung

Anwendungsbeispiele für CelluloseAnwendungsbeispiele für CelluloseCellulose

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Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...

... Presshilfe

... konventionelles FHM ... als Alternative zu Perlite und Kieselgur

... als Precoat und/oder Bodyfeed

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Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...

... erste Anschwemmung ... um feine Perlite und/oder Kieselgur überhaupt anschwemmbar zu machen

Covering small defects in filter cloth

... um Defekte in Filtertüchern auszugleichen

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Cellulose wird eingesetzt als ...CelluloseCellulose wird eingesetzt als ...

... im Gemisch ... mit Kieselgur/Perlite/Bleicherde/A-Kohle

... um Kuchenstruktur zu verbessern

... um Durchsatz zu erhöhen

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Filterhilfsmittel-Auswahl ...Filterhilfsmittel-Auswahl ...

... wird dominiert durch die Gesamt-Filtrationskosten !

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Kosten für die AnschwemmfiltrationKosten für die Anschwemmfiltration

Setzen sich überwiegend zusammen aus:

Filterhilfsmittel-Kosten.

Spezifischer Filterhilfsmittel-Verbrauch.

Produkt-Verlust im Filterkuchen.

Abfallaufkommen und

Entsorgungskosten des Filterkuchens.

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Kosten für die AnschwemmfiltrationKosten für die Anschwemmfiltration

Die reinen Filterhilfsmittel-Kosten sind häufig

der geringste Anteil an Gesamt-Filtrationskosten !

Beispiele ...

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„Kieselgur“ Cellulose

Stützschicht 500 g/m² Kieselgur+Cellulose nicht erforderlich

Voranschwemmung 1.000 g/m² Grobgur 1.500 g/m² FILTRACEL EFC-950-C

Dauerbeigabe 1,66 g Feingur 0,52 g FILTRACEL EFC-950-Cpro 1 L Olivenöl pro 1 L Olivenöl

Filtrationszyklus 13 h 26 h

Durchsatz 102,6 L/m2h 168,9 L/m2h

Fallbeispiel: Natives Olivenöl (Extra Virgin)Fallbeispiel: Natives Olivenöl (Extra Virgin)Natives Olivenöl (Extra Virgin)

Horizontaler Plattenfilter.

Fast 70% Filterhilfsmittel-Einsparung mit FILTRACEL EFC-950-C und dadurch geringerer Öl-Verlust !Verdoppelung der Filterstandzeit beigleichzeitig höherem Durchsatz !

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1 kg Filterhilfsmittel absorbiert ca. 1 L Öl

Zur Filtration von 100.000 L natives Olivenöl benötigte man(s. Fallstudie „Natives Olivenöl Extra Virgin“):

ca. 292 kg Kieselgur ... Das bedeutete einen Ölverlust von 292 L.

ca. 92 kg Cellulose ... Das bedeutete einen Ölverlust von lediglich 92 L.

Verbrauch und ÖlverlustVerbrauch Verbrauch und ÖlverlustÖlverlust

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Anfallender Filterkuchen bei 100.000 L Olivenöl:

292 kg Kieselgur können mindestens zur doppelten Menge an Filterkuchen (Öl und FHM, Verunreinigungen nicht mitberechnet) d.h. 584 kg Filterschlamm.

Bei 92 kg Cellulose sind dies nur 184 kg Abfall.

Eigene Verbrennungsöfen für Olivenkerne zur Energiegewinnung(Verwertung bzw. Entsorgung des Cellulose-haltigen Filterkuchens)

EntsorgungskostenEntsorgungskostenEntsorgungskosten

kg

200 kg

400 kg

600 kg

Kieselgur Cellulose

FHM-VerbrauchAbfall

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EntsorgungEntsorgungEntsorgung

Tierverfütterungspeziell in Lebensmittelanwendungen

Kompostierungorganisch abbaubar

Verbrennunggeringe Asche, hoher Brennwert

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Auswahl des FilterhilfsmittelsAuswahlAuswahl des Filterhilfsmittels

Zweistufiger Prozess unter Berücksichtigung aller Kosten ...

Rohmaterial (Cellulose, Holz, Perlite, Kieselgur)

Granulometrie bzw. Filterfeinheit (grob, mittel, fein) angepaßt an Filterhardware, Filtergewebe, etc.

KieselgurKieselgur PerlitePerliteHolz Holz CelluloseCellulose

VakuumtrommelfilterDruckblattfilterKerzenfilter Plattenfilter

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