damit im Rahmen der obengenannten Einschrankungen beliebige Stoffsysteme behandelt wcrden konnen;

- geringe Druckvcrlustc auftrctcn und das Stoffsystem mechanisch kaum beansprucht wird;

- die Teilchen schon im Fliissigkeitsvolumen von der Filterstruktur abgedrangt wcrdcn und dabci Dcckschichten bzw.Verstopfungen kaum auftrcten. Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmoglichkeit des Verfahrens

wird bei der Regencrierung von Rcinigungsflussigkeitcn, wie sie 2.B. in dcr Elcktronikindustric verwendet wcrden, gesehcn.

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Flotation von Kohle unter 20 pm im Fliehkraftfeld

Dr.-Ing. C. Bothe (Vortragender), Bayer AG, ZF-TVG 1, 51368 Lever- kusen - Bayerwerk, und Prof. Dr.-lng. Dr.-Ing. E.h. K. Leschonski, Institut fur Mechanische Verfahrenstechnik und Umwekverfdhrenstech- nik der T U Clausthal, Lcibnizstrahe 19, 38378 Clausthal-Zellerfeld.

Durch die Verlagerung vom Schwer- in das Fliehkraftfeld sind vielen Trennprozessen in der mechanischen Verfahrenstechnik neue Anwen- dungsgebiete erschlossen worden. Fur die Schaumflotation ist dies bisher nicht erfolgreich gelungen, obwohl ein crhohter Durchsatz und eine trennscharfere Sortierung feinster Partikeln zu erwarten sind.

Die Flotation laat sich in zwci Teilprozcssc untcrteilen, die Anlagerung der hydrophoben Komponente an in die Triibe eingcbrachte Luftblasen (Mineralisierung) und die Abscheidung der feststoffbeladenen Luftblasen von der Trube. Wahrend der erste TcilprozeB zum Errcichcn ausreichend vicler PartikellBlase-StoBe hohe Turbulenzen benotigt. solltc die Phasen- trennung bei determinierten Teilchenbewegungen in einem beruhigten Stromungsfeld erfolgen. Zur Optimierung der Hydrodynamik bcider Teilprozessc ist cinc raumliche Trennung wie bei der pneumatischen Flotation nach Bahr anzustreben. Die Mineralisierung der Luftblasen geschieht hier in einem Begasungsrcaktor, der von der Trube mit hohcr Geschwindigkcit durchstromt wird. Die Trennung der Phasen erfolgt in einem Behalter, in den der begaste Trubestrom als Freistrahl eintritt. Bisher wurde angenommen, daB die Anlagerung der hydrophobcn Komponentc vollstandig im Begasungsreaktor erfolgt.

In Anlehnung an dieses Verfahren wurde eine senkrecht stehende, konische Flotationszentrifuge entwickelt, in die die mit einer speziellen Fritte begastc Trube von untcn uber einen sich konisch erweiternden Einlaufspalt eingeleitet wird. Aufgrund der Hangabtriebskomponente der Fliehkraft flieBt die Dreiphasen-Suspension in einem wenige Millimeter diinnen Film nach oben zu groBeren Konusradicn. Die Luftblasen steigen

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Ascheinhaltsumme [ % ]

Abb. Flotationsergebnisse als Mayer-Kurven.

zur Filmoberflache, die nicht angelagerten Partikeln sedimentieren zur Zentrifugenwand. Die Stoffstrome werden am Zcntrifugenauslauf von cincr ringformigcn Schncidc gctrcnnt. Durch das Qucrstromprinzip der Zentrifugc wird cine nahezu vollstandigc Trennung der Flotationsteilpro- zesse verwirklicht.

Durch Filmdickcnmessungen wurdc die sich in Abhangigkeit von Zentrifugcndrchzahl und aufgepragtem Volumcnstrom einstellende ein- phasige Filmstromung untersucht und die fur die Flotation giinstigstc Stromungsform ermittelt. Diese tritt auf, solangc bei niedrigen Zentrifu- gendrchzahlcn dic Erdschwcrc eine Ruckstromung von Fluidelementen im unterenTeil desTrennkonus bewirkt. In diesem Fall stellt sich aufgrund der kontinuierlichen Beschleunigung eine glatte Filmstromung ein.

Die Abbildung zcigt vcrglcichend Flotationsergebnissc in Form von Mayer-Kurven. Als Versuchgut wurde eine feinstkornige Fettkohle (x50 = 3,s pm) mit 173% Aschegehalt bei einem Aufgabefeststoffgehalt von 10 g/l verwcndet. Dic Maycr-Kurve I der Riihrwerkszellen-Laborflotation vcranschaulicht den hohen AufschluB der Kohle. Demnach ist als bestes flotatives Trennergebnis ein Ausbringen von 83% bis 2,4% Konzentrat- asche zu erzielen. Kurvc I1 zcigt ein Ergebnis der bcschricbenen Flota- tionszentrifuge. Sie weicht zwischen 50 und 60% Ausbringen yon der Mayer-Kurve der Laborflotation ab. Bis zu dicscm Ausbringen ist die Selektivitat als sehr gut zu bczcichnen. Bei 4% Konzentratasche werden 60% des Feststoffes ausgebracht.

Ergebnisse der konventionellen, stationaren pneumatischen Flotations- zelle, die bei 4% Konzentratasche 77% Ausbringen erreicht, stellt Kurve I11 dar. Der Grund fur das hohere Ausbringen der stationaren Zelle ist in einer zusatzlichen Anlagerung hydrophober Partikeln imTrenngefaB aufgrund der durch dic Freistrahleinleitung induzierten Turbulenzen zu schen, wahrend das Zentrifugenkonzept eine alleinige Mineralisierung im Begasungsreaktor zulaBt.

In einer zwcitcn, nach einem Gegenstromprinzip arbeitenden Flota- tionszentrifuge wurde eine zusatzliche Mineralisierung im Trennraum zugelassen. Kurve IV zeigt, daB nun bei gleicher Konzentratasche das Ausbringen auf 74% gcstcigcrt werden konnte. Bis zu 70% Ausbringen sind Konzcntratreinheiten zu erzeugen, die die Werte der Laborflotation ubertreffen. Der spezifische Trubedurchsatz der zweiten Flotationszentri- fuge ubertrifft die pncumatische Flotation im Schwerefeld um den Faktor 23. Der zusatzliche Energiebedarf zur Triibebeschleunigung ist vernach- Iassigbar.

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U mweltfreund I ic hes Herstellungsverfahren von Cellulosesulfat fur die lmmobilisierung von Mikroorganismen und Enzymen in der Biotechnik

M. S. Shanjing Yao, Dipl.-lng. Man-gi Cho und Prof. Dr. R. Buchholz (Vortragender), TU Berlin, Institut fur Biotechnologie, FG Bioverfah- renstcchnik, SccstraRc 13, 13353 Berlin.

Natriumcellulosesulfat (NaCS) ist cin geeignctes Polyanion mit interes- santen Stoffeigenschaften fur die Mikrokapselbildung. Eine Technik zur Herstellung von mikrovcrkapsclten Biokatalysatoren basiert auf dem Aufbau ciner Mcmbran um einen Fliissigkeitstropfen, der den Biokataly- sator enthalt. Ein Beispiel hierfur ist das System Polyanion (NaCS)/Poly- kation (Polydimethyldiallylammoniumchlorid, PDMDAAC).

Die Ausgangsamterialicn zur Herstellung von NaCS sind Cellulose und ein Reaktionsgemisch von Alkohol und H~SOJ. Dieses Verfahren wurde alsFlussiglFcststoff-Reaktion durchgefiihrt. In der Regel benotigt man ca. das Zwanzigfachc an Sulfaticrungsgcmisch gegeniiber dem Reaktionsfest- stoff. Bei bisherigen Herstellungstechniken von NaCS wares erfahrungs- gernaB schwierig, die verbrauchten Losungsmittel fur einen erneuten Einsatz wicdcrzugcwinncn. Wird dicscr Antcil von unverbrauchtem Sulfaticrungsgcmisch wiedcr fur die Produktion von NaCS eingesetzt, konnten die Kosten der Herstellung und die Umweltbelastung stark reduziert werden. Entscheidend fur die geanderteverfahrensfuhrung sind sowohl die Tcmpcraturfuhrung als auch das Zusammenspiel dcr Reak- tionsbedingungcn.

1124 Chem.-1ng.-Tech. 65 (1993) Nr. 9, S. 1045-1136

Ibenutate . . . .*

t i : Losungmittel

Hz 504

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein umwcltfreundliches und kostensparendes Hcrstellungsverfahren fur NaCS cntwickelt, welches in dcr Abbildung als GrundflieRbild dargcstcllt ist. Mit diesem Verfahren wurdcn die folgenden Versuche durchgefuhrt: - rnit neuem Sulfatierungsgemisch und neuer Cellulose, - rnit neuem Sulfatierungsgemisch und unumgesetzter Cellulose aus der

- rnit bcnutztem Sulfatierungsgemisch und neuer Cellulose, - mit benutztem Sulfatierungsgemisch und unumgesetztcr Ccllulosc aus

der Sulfatierung. Die Produktviskositat von Cellulose aus den vorhergehcnden Versuchs-

laufen war sehr niedrig. Es konnte gczcigt wcrden, daR die Qualitat von NaCS rnit Losungsmittel-Ruckfuhrung genauso gut war wie nach dcm in der Literatur beschriebenen Verfahren. Ein dreimaliger NaCS-Herstel- lungzyklus fuhrte cbenfalls zu gleichbleibcndcn Stoffeigcnschaften. Alle Produkte haben. gcnau wic das bisherige NaCS-Produkt, gute rhcologi- sche Eigenschaften und eignen sich zur Kapselbildung.

Mit allen drei Produktcn wurden Enkapsulierungsversuche durchge- fuhrt und die Fcstigkeit und das Diffusionsverhalten bcstimmt. Die Festigkeit der Kapseln lag bei uber 10 N. Messungen der Glucose- Diffusion ergaben einen nahezu ungehinderten Durchtritt durch die Membran. Die mechanische Stabilitat bleibt bei Langzeitvcrsuchen uber ca. 2 Monate nahezu unverandert.

Sulfatierung,

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Verfahrenstechnische Auslegung einer Apparatur zur Herstellung mikroverkapselter Biokatalysatoren rnit getrennter Zufuhrung von Katalysatorlosung und Kapselgrundsubstanz

Dipl.-Ing. Man-gi Cho und Prof. Dr. R. Buchholz (Vortragendcr), TU Berlin, Institut fur Biotechnologie, FG Biovcrfahrenstcchnik, Scc- straRe 13, 13553 Berlin.

Die Mikroverkapselung von Biokatalysatoren erlaubt es, die Vortcile dcr heterogenen Katalyse auch fur die Biotcchnologie zu nutzen. Insbeson- dere der Schutz mechanisch oder chemisch scnsibler Systeme und die cinfachcre Katalysator-Ruckhaltung sind hicr zu ncnncn. Problemc licgen

J

Abb. FlieBbild des verbesserten Verfahrens der Cellulose-Sulfa- tierung.

jcdoch in den zur Verfugung stehenden Kapsclherstellungsvcrfahren und -apparaturen. In der Regel sind diese fur den LabormaRstab konzipiert, so daR keine gesichcrtcn Auslcgungsdatcn fur GroRausfuhrungen existieren.

Eine weitcre Schwierigkeit liegt in der Sichcrung dcr fchlcrfreien Kapselherstellung, wobei insbesondere die in die Kapselwand eingeschlos- senen Organismcn Schwachstellen verursachcn konncn. Dies liegt an den gangigen Kapselherstellungsverfahren, bci dcnen der Kapsclaufbau durch Reaktion zweier Komponenten erfolgt: Bei diesem Verfahren wird ein Gemisch aus Katalysator und einem Kapselgrundstoff gemeinsam in einem Tropfen vorgelegt, der dann in ein Reaktionsbad fallt, welches die zweite Reaktionskomponente enthalt. DiesesVorgehen kann a priori den EinschluR von Katalysator-Partikeln oder Organsimen in die Wand nicht verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurde ein weiterentwickeltes Verkapselungsverfahren eingesetzt, bei dem die Katalysator-Losung zunachst als Tropfen vorgelegt wird, der anschliehend mit einer die Membrankomponentcn enthaltenden Losung umschlosscn wird. Dazu wurden Apparaturen rnit konzentrisch angeordnetcn Doppcldusen cnt- wickelt.

Entschcidend war hicr nicht dic grundsitzlichcVerfahrensidee, sondern ihre konstruktive Gestaltung und die Erstellung gceignctcr Auslegungs- untcrlagen. Dcm EinfluU des Stoffsystems (Viskositat, Grenzflachen- spannung) ist dabci Rcchnung zu tragen, d.h., es ist unter Umstandcn erforderlich, cine Auslegung des Dusensystems in Abhlngigkcit von den Eigenschaften des Stoffsystems vorzunehmen. In dcnvorarbeiten wurdcn bereits Auslegungsuntcrlagen fur konventionelle Verkapselungsapparatu- ren erstcllt. Dabei zeigt sich, daR cin axial der Vertropfungsduse uberlagertcr Luftstrom zu einer wcsentlichen Reduktion des Kapseldurch-

LUI I

Abb. Schematische Darstellung der verwendeten Verkapse- lungsapparatur.

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