<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Eindampfen von Lösungen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
dann wird es, z. B. in Form von in reinem Alkohol aufgeschlämmtem feingemahlenem Zucker (Slurry), eingebracht. Damit endet die Eindickphase und es beginnt die Phase der Kornbildung oder auch Kornfussphase genannt. In dieser Phase wird bei dem bisher bekannten Verfahren die Übersättigung der Lösung konstant gehalten.
Zur Konstanthaltung der Übersättigung wird in dieser Kochphase der Dampfdruck der Heizung reduziert und gegebenenfalls Wasser in die Lösung eingebracht. Die Kornfussphase endet dann, wenn die Rührwerksleistung zu steigen beginnt. Dies ist dann der Fall, wenn die Kristalle des Impfgutes von einer Stärke von etwa 4 bis 5 Ilmm auf 0, 4 bis 0, 6 mm angewachsen sind. Es stehen dann die einzelnen Kristalle in der Füllmasse dicht aneinander und der sich dazwischen befindliche Sirup ist auf ein Minimum reduziert worden. In der Füllmasse, die in der Kornfussphase volumsmässig konstant bleibt, ist der Feststoffanteil von zu Beginn des Impfpunktes von etwa 80 g bezogen auf 50 t Gesamtkesselfüllung auf etwa 7 bis 8 t am Ende der Kornfussphase angewachsen. Diese feste Zuckermenge ist aus der Lösung auskristallisiert.
Der Saccharoseanteil der die Kristalle umgebenden Lösung ist sehr stark abgesunken. Da die Nichtzuckerstoffe konstant bleiben, ist auch der Quotient aus der Menge des reinen Zuckers (Pol) zur Menge des gelösten Feststoffgehaltes (d. s. Zuckerstoffe plus Nichtzuckerstoffe = Brix), d. h. also der Quotient Pol/Brix, auch Reinheit genannt, sehr stark abgesunken.
Das erfindungsgemässe Verfahren benutzt die Tatsache, dass die Lösung unreiner geworden ist. Da die Polarisation und der Quotient des flüssigen Füllmassenanteiles mit dem Wachstum der Kristalle abnimmt, kann in der Kornfussphase die Übersättigung der Lösung nach einer Kurvenfunktion, die dem Absinken der Reinheit entspricht, ständig erhöht werden. Die Erhöhung der Übersättigung kann entweder kontinuierlich durch eine Programmsollwertvorgabe oder durch eine stufenweise Anhebung erfolgen. In beiden Fällen kann die Kornfussphase gegenüber der bisherigen Methode der konstanten Übersättigung bis zu 30% zeitmässig verkürzt werden. Die Anhebung kann z.
B. so erfolgen, dass man den Prozess nahe der Grenze zum Bereich intermediärer Zustände innerhalb des Bereiches metastabiler Zustände zwischen den Konzentrationswerten an der Grenze beider Bereiche und Werten, die etwa 10% darunterliegen, führt. Das Ende der Kornfussphase ist durch Ansteigen der Rührwerksleistung charakterisiert. Das Ansteigen der Rührwerksleistung tritt dann plötzlich auf, wenn der Kirstallabstand sehr klein geworden ist. Es steht ein Kristall an dem andern dicht an und zwischen den Kristallen ist nur mehr ein sehr kleines, flüssiges Saftvolumen.
Der Sirup ist dann soweit ausgezuckert, dass neuer Saft eingezogen werden muss, um ein weiteres Wachsen der Kristalle zu erhalten. Der Weiterschaltbefehl der Kocherautomatik wird vom Minimalkontakt des Leistungsgrenzwertmelders gegeben. Mit diesem Kontakt wird das Ansteigen der Rührwcrksleistung am Ende der Kornfussphase überwacht.
Die an die Kornfussphase anschliessende Kochphase wird Hochkochphase genannt. In dieser Kochphase wird als Führungsgrösse die Rührwerksleistung genommen und mit Hilfe eines Reglers der Safteinzug so gesteuert, dass die Rührwerksleistung konstant bleibt. Dadurch wird der Kristallabstand konstant gehalten.
Hält man also die Rührwerksleistung und damit die Rührfähigkeit der Füllmasse oder auch den Kristallabstand konstant, dann ist im Verlaufe des ganzen Prozesses keine Möglichkeit einer Feinkornbildung (Staubbildung) gegeben. Eine Feinkornbildung ist nur dann mehr möglich, wenn in dieser Phase des Kochvorganges die Übersättigung zu stark, nämlich über den Bereich der metastabilen Zustände hinaus in die Zone intermediärer bzw. labiler Zustände, ansteigt.
Versuche mit konstanter Rührwerksleistung haben gezeigt, dass die Übersättigung im Verlaufe des Hochkochens ständig ansteigt. Ab einer bestimmten Übersättigung tritt trotz des geringen Kristallabstandes Feinkorn in der Füllmasse auf. Dieses Feinkorn wächst jedoch nur mehr zu einer sehr kleinen Kornstärke an. Die Grösse hängt davon ab, zu welchem Zeitpunkt die Staubbildung eingetreten ist.
Steigt die Übersättigung noch weiter an, dann klebt dieses feine Korn zum Teil an den grossen Kristallen an und erschwert die Zentrifugenarbeit. Weiters trübt dieses Feinkorn die Kristalloberfläche und der Zucker wird unansehnlich.
Der übrige Teil des Feinkornes geht beim Zentrifugieren ab und verschlechtert die Ausbeute des Kochvorganges. Er findet sich im ersten Ablauf beim Zentrifugieren (Grünablauf) und im Mischablauf (Ablauf nach dem Spülen mit Wasser) der Zentrifuge und rezirkuliert in der Kristallstation, so dass auf die ganze Kampagne gesehen ein wesentlicher Mehraufwand an Kochzeit erforderlich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht eine Störwertaufschaltung der Übersättigung auf en Einzugsregelkreis vor. Steigt bei konstanter Rührwerksleistung die Übersättigung über einen einstellbaren Sollwert an, dann wird proportional dem übersättigungsanstieg in der Füllmasse der Sollwert der
<Desc/Clms Page number 3>
Rührwerksleistung abgesenkt. Dadurch wird mehr Saft eingezogen als der ursprünglichen
Aufrechterhaltung der Rührwerksleistung entsprach und die Übersättigung bleibt innerhalb der metastabilen Zone.
Als Führungsgrösse für das Hochkochen wird demnach sowohl die Rührwerksleistung als auch die Übersättigung herangezogen. Das Einzugsventil nimmt beim Hochkochen eine Stellung ein, die so beschaffen ist, dass sowohl der Kristallabstand als auch die Übersättigung optimal geführt werden.
Die Versuche mit dieser Art der Kochregelung haben gezeigt, dass beim Hochkochen nach der oben beschriebenen Methode kein Staubausfall mehr auftritt.
Da die Füllmasse mit einem sehr kleinen Kristallabstand hochgekocht wird, ist die Abkochphase, in der kein Saft mehr zugezogen wird, nur mehr sehr kurz. Die Abkochzeit konnte auf 20% der
Abkochzeit eines Handsudes verkürzt werden. Dadurch steigt in dieser Phase des Kochvorganges die Übersättigung nicht mehr in das intermediäre Gebiet an. Das Signal für die Einleitung der Abkochphase wird vom Niveaugrenzwertmelder gegeben.
Das Sudende ist dann erreicht, wenn die Rührwerksleistung den Maximalwert erreicht. Vom Maximalkontakt der Rührwerksleistung wird das Signal Sudende gegeben und die Dampfklappe und die
Vakuumklappe geschlossen. Gleichzeitig wird das Rührwerk abgeschaltet und dem Kocher ein Signal zum Ablassen des Sudes in die Maische gegeben.
Zur Verdeutlichung des angegebenen Verfahrens ist im Diagramm der Zeitablauf der Zustände des Niveaus (strichlierter Linienzug), der Übersättigung (vollausgezogener Linienzug bzw. Linienzug bestehend aus Strichen und Kreuzen), der Rührwerksleistung (punktierter Linienzug), des Dampfdruckes (strichpunktierter Linienzug) und des Vakuums (Linienzug aus Strichen und Kreisen) während eines Arbeitsganges dargestellt.
Die Grenzen zwischen untersättigtem und übersättigtem Bereich, zwischen übersättigtem und intermediärem Bereich sind durch dicke Linienzüge eingezeichnet. Unterhalb der waagrechten dick ausgezogenen Linien ist der untersättigte Bereich. Zwischen letzterer und der ansteigenden dick ausgezogenen Linie ist der metastabile Bereich. über dem ansteigenden dick ausgezogenen Linienzug ist der intermediäre Bereich.
Der Automatik wird zum Zeitpunkt Null der Anfahrbefehl gegeben (Punkt A). Es kommt das Signal "Anfahren", "Einziehen". Es wird vom Niveauregler der Safteinzug geöffnet und gleichzeitig der Vakuumregelkreis und das Rührwerk eingeschaltet. Der eingezogene Saft füllt den Kocher langsam auf.
Ist der Heizkörper überdeckt, dann wird vom Niveaugrenzwertmelder-Minimalkontakt der Befehl Eindicken gegeben (Punkt B). Dadurch wird der Dampfdruckregelkreis zugeschaltet und der Dampfdruck erhöht. Gleichzeitig beginnt die Siedepunktserhöhung anzusteigen (Eindickphase). Hat die Füllmasse die zum Impfen erforderliche Übersättigung im Punkt--C--erreicht, kommt von der Automatik der Befehl"Impfen". Das Saatgut wird in den eingedickten Saft eingebracht. Ab Punkt --C-- beginnt die Kornfussphase. Der Dampfdruck wird reduziert und die Übersättigung nach einem Programm geführt. Steigt die Übersättigung über einen bestimmten Wert an, dann wird Wasser zugezogen. Dadurch sinkt die Übersättigung und wird auf diese Art mit einem Regler konstant gehalten.
Nach einer einstellbaren Zeit, wenn das Korn bereits gewachsen ist, wird entsprechend der abgenommenen Reinheit der Füllmasse die Übersättigung angehoben. Man kann die Übersättigung nach einem Programm anheben, da die Reinheit des flüssigen Füllmassenteiles abgenommen hat (der Quotient Pol/Brix). Das Anheben kann kontinuierlich mit einem Programmwerk oder stufenweise in den Punkten --D, E, F-- mittels Zeitrelais erfolgen.
Das Korn wächst in dieser Kornfussphase entsprechend der ihm dargebotenen Wachstumsbedingungen ohne Zwischenkornbildung ständig an. Es kommt der Zeitpunkt, an dem ein Korn an dem andern fest ansteht. Ist dies der Fall, dann verschlechtert sich die Rührfähigkeit der Füllmasse plötzlich. Die Rührwerksleistung beginnt zu steigen. Hat die Rührwerksleistung den Punkt --G-- erreicht, dann erfolgt vom Minimalkontakt der Rührwerksleistung der Befehl für das Weiterschalten der Automatik in die Phase Hochkochen. Der Dampfdruck wird erhöht und die Saft-Einzugsregelung freigegeben. Der Einzug erfolgt, wie schon vorhin beschrieben, mit der Rührwerksleistung als Führungsgrösse und mit der Übersättigung als Störwertaufschaltung.
Würde ohne Störtwertaufschaltung vom übersättigungsregelkreis hochgekocht werden, wann würde die Übersättigung bis zum Punkt--H--ansteigen und ab dem Punkt--L--Feinkorn ausfallen (Linienzug aus Strichen und Kreuzen). Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, ird die Rührwerksleistung jedoch kontinuierlich abgesenkt, mit dem Resultat, dass die Übersättigung nur ganz unwesentlich ansteigt und kein Feinkorn ausfällt. Ist der Kocher voll, dann erfolgt das Schliessen des
<Desc/Clms Page number 4>
Einzuges und der Befehl Abkochen. Es ist der Punkt--J--im Diagramm erreicht. Da kein neuer Safteinzug mehr stattfindet, und Dampf und Vakuum voll wirksam bleiben, ist die Füllmasse in kürzester Zeit eingedickt.
Die Rührwerksleistung steigt zufolge der immer schlechter werdenden Rührfähigkeit der Füllmasse bis zum Punkt--K--im Diagramm an. Ist dieser Punkt erreicht, dann erfolgt vom Maximalkontakt der Rührwerksleistung die Abspaltung von Vakuum, Dampf und Rührwerk. Es kommt das Signal Sudende und der Sud kann abgelassen werden.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, dass das neu entwickelte Verfahren die bisher von Hand ausgeführten Phasen des Kochvorganges in die Regelung miteinbezieht. Weiters kann durch die Anhebung der Übersättigung in der Kornfussphase, entsprechend der Verkleinerung des Quotienten Pol/Brix (reiner Zucker zu Feststoffgehalt), die Kornfussphase gegenüber der Methode der konstanten Übersättigung bis zu 30% zeitmässig verkürzt werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich durch die Störwertaufschaltung der Übersättigung in der Hochkochphase auf den Einzugsregelkreis, wodurch keine Feinkornbildung auftritt. Dadurch wird das Ankleben dieses feinen Kornes an den grossen Kristallen vermieden und die Zentrifugenarbeit erleichtert.
Ausserdem wird dadurch verhindert, dass die Kristalloberfläche und der Zucker unansehnlich werden. Die Ausbeute des Kochvorganges wird verbessert, da eine bei den üblichen Verfahren auftretende Rezirkulation des Feinkornes vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich durch das"Impfen"im Punkt--C--. Bei den üblichen Verfahren, bei denen der Bereich in dem die Impfung erfolgt nur ungenau bestimmbar ist, tritt meist eine Konglomeratbildung auf, die im weiteren die Zentrifugenarbeit durch den im Zucker eingelagerten Sirup erschwert, für das gelbliche Aussehen des Zuckers verantwortlich ist und die Lagerung durch grösseres Schüttvolumen erschwert. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden iese Nachteile vermieden und durch as"Impfen"im Punkt--C--, der beim erfindungsgemässen Verfahren exakt bestimmbar ist, gleichmässige Kristalle erzielt.
<Desc / Clms Page number 1>
Procedure for evaporating solutions
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
then it will, e.g. B. in the form of finely ground sugar (slurry) suspended in pure alcohol. This ends the thickening phase and the phase of grain formation, also known as the grain root phase, begins. In the previously known method, the supersaturation of the solution is kept constant in this phase.
To keep the supersaturation constant, the steam pressure of the heater is reduced in this boiling phase and, if necessary, water is introduced into the solution. The grain base phase ends when the agitator performance begins to increase. This is the case when the crystals of the inoculated material have grown from a thickness of about 4 to 5 μm to 0.4 to 0.6 mm. The individual crystals in the filling compound are then close to one another and the syrup in between has been reduced to a minimum. In the filling compound, which remains constant in volume in the grain base phase, the solids content has increased from around 80 g at the beginning of the inoculation point, based on 50 t total kettle filling, to around 7 to 8 t at the end of the grain base phase. This solid amount of sugar has crystallized out of the solution.
The sucrose content of the solution surrounding the crystals has dropped very sharply. Since the non-sugars remain constant, the quotient of the amount of pure sugar (Pol) to the amount of dissolved solids content (i.e., sugars plus non-sugars = Brix), ie. H. so the quotient Pol / Brix, also called purity, has dropped very sharply.
The method according to the invention uses the fact that the solution has become more impure. Since the polarization and the quotient of the liquid filler mass fraction decrease with the growth of the crystals, the supersaturation of the solution in the grain base phase can be continuously increased according to a curve function that corresponds to the decrease in purity. The oversaturation can be increased either continuously by specifying a program setpoint or by increasing it in stages. In both cases, the grain foot phase can be shortened by up to 30% compared to the previous method of constant supersaturation. The increase can e.g.
B. be carried out in such a way that the process is carried out near the limit to the range of intermediate states within the range of metastable states between the concentration values at the limit of both ranges and values which are about 10% below. The end of the grain base phase is characterized by an increase in the agitator output. The increase in the agitator output occurs suddenly when the distance between the ponds has become very small. One crystal stands close to the other and between the crystals there is only a very small, liquid volume of juice.
The syrup is then so far sugar-free that new juice has to be drawn in to keep the crystals from growing. The switching command of the automatic cooker is given by the minimum contact of the power limit monitor. With this contact, the increase in the agitator output is monitored at the end of the grain base phase.
The boiling phase that follows the grain base phase is called the high boiling phase. In this boiling phase, the agitator output is used as a reference variable and the juice intake is controlled with the aid of a controller so that the agitator output remains constant. This keeps the crystal spacing constant.
If the agitator output and thus the agitability of the filling compound or the crystal distance are kept constant, then there is no possibility of fine grain formation (dust formation) during the entire process. Fine grain formation is only possible if, in this phase of the cooking process, the supersaturation increases too much, namely beyond the range of metastable states into the zone of intermediate or unstable states.
Tests with a constant agitator output have shown that the supersaturation increases continuously in the course of boiling. From a certain level of supersaturation, fine grains appear in the filling compound despite the small crystal spacing. However, this fine grain only grows to a very small grain size. The size depends on the point in time at which the dust formation occurred.
If the supersaturation increases even further, this fine grain partially sticks to the large crystals and makes the centrifuge work more difficult. This fine grain also tarnishes the crystal surface and the sugar becomes unsightly.
The remaining part of the fine grain comes off during centrifugation and worsens the yield of the cooking process. It can be found in the first process during centrifugation (green process) and in the mixing process (process after rinsing with water) of the centrifuge and is recirculated in the crystal station, so that a significant amount of additional cooking time is required over the entire campaign.
The method according to the invention provides for oversaturation disturbance values to be added to the feed-in control loop. If the supersaturation rises above an adjustable setpoint with constant agitator output, then the setpoint is proportional to the increase in supersaturation in the filling compound
<Desc / Clms Page number 3>
Agitator power reduced. This will pull in more juice than the original
Maintaining the agitator performance and the supersaturation remains within the metastable zone.
Both the agitator power and the oversaturation are therefore used as the reference variable for high boiling. During high boiling, the intake valve assumes a position that is such that both the crystal spacing and the oversaturation are optimally managed.
The tests with this type of boiling control have shown that when boiling up using the method described above, dust no longer occurs.
Since the filling mass is boiled up with a very small crystal gap, the boiling phase, in which no more juice is added, is only very short. The boiling time could be 20% of the time
The boiling time of a hand brew can be shortened. As a result, in this phase of the cooking process, the oversaturation no longer increases in the intermediate area. The signal for initiating the boiling phase is given by the level limit indicator.
The end of the brew is reached when the agitator output reaches the maximum value. The signal Sudende is given by the maximum contact of the agitator power and the steam flap and the
Vacuum flap closed. At the same time the agitator is switched off and a signal is given to the cooker to drain the brew into the mash.
To clarify the specified procedure, the diagram shows the timing of the states of the level (dashed line), the supersaturation (full line or line consisting of lines and crosses), the agitator power (dotted line), the steam pressure (dash-dotted line) and the vacuum (Line of lines and circles) shown during an operation.
The boundaries between the undersaturated and oversaturated areas, between the oversaturated and intermediate areas are drawn in by thick lines. Below the horizontal thick lines is the undersaturated area. The metastable area is between the latter and the ascending thick line. The intermediate area is above the rising, thick line.
The start-up command is given to the automatic at time zero (point A). The signal "start up", "pull in" comes. The level controller opens the juice intake and at the same time switches on the vacuum control circuit and the agitator. The drawn-in juice fills the stove slowly.
If the radiator is covered, the level limit indicator minimum contact gives the command to thicken (point B). This switches on the steam pressure control circuit and increases the steam pressure. At the same time the increase in boiling point begins to rise (thickening phase). If the filling compound has reached the supersaturation required for inoculation at point - C -, the "Inoculate" command comes from the automatic system. The seeds are introduced into the thickened juice. From point --C-- the grain root phase begins. The steam pressure is reduced and the oversaturation is controlled according to a program. If the supersaturation rises above a certain value, then water is drawn in. This reduces the oversaturation and is kept constant in this way with a controller.
After an adjustable time, when the grain has already grown, the supersaturation is increased according to the decreased purity of the filling compound. You can increase the supersaturation after a program, since the purity of the liquid part of the filling compound has decreased (the quotient Pol / Brix). Raising can be carried out continuously with a program or in steps in points --D, E, F - using a time relay.
In this grain base phase, the grain grows continuously without any intermediate grain formation, in accordance with the growth conditions presented to it. The time comes when one grain is firmly attached to the other. If this is the case, the stirrability of the filling compound suddenly deteriorates. The agitator performance begins to increase. If the agitator output has reached point --G--, the minimum contact of the agitator output sends the command to switch the automatic system to the boiling phase. The steam pressure is increased and the juice intake control is released. As already described, the feed takes place with the agitator power as the command variable and with the oversaturation as the disturbance value feed-in.
If the oversaturation control loop were to boil up without disturbance value switching, when would the oversaturation increase to point - H - and drop out from point - L - fine grain (line of lines and crosses). As can be seen from the diagram, however, the agitator output is continuously reduced, with the result that the supersaturation only increases insignificantly and no fine grain precipitates. When the stove is full, the closes
<Desc / Clms Page number 4>
Indentation and the boiling command. Point - J - has been reached in the diagram. Since there is no more juice intake and the steam and vacuum remain fully effective, the filling compound is thickened in a very short time.
The agitator performance increases due to the increasingly poor agility of the filling compound up to point - K - in the diagram. Once this point has been reached, the maximum contact of the agitator output results in the separation of vacuum, steam and agitator. The Sudende signal comes and the brew can be drained.
The advantages that can be achieved with the invention are that the newly developed method includes the phases of the cooking process that were previously carried out by hand in the control. Furthermore, by increasing the supersaturation in the grain base phase, corresponding to the reduction of the Pol / Brix quotient (pure sugar to solids content), the grain base phase can be shortened by up to 30% compared to the method of constant oversaturation. A further advantage of the method according to the invention results from the interference value feed-in of the oversaturation in the boiling-up phase to the feed control circuit, so that no fine grain formation occurs. This prevents these fine grains from sticking to the large crystals and makes centrifugal work easier.
It also prevents the crystal surface and the sugar from becoming unsightly. The yield of the cooking process is improved because the recirculation of the fine grain that occurs in the usual processes is avoided.
Another advantage of the invention results from the "inoculation" in point - C--. With the usual methods, in which the area in which the vaccination takes place can only be determined imprecisely, a conglomerate formation usually occurs, which further complicates the centrifuge work due to the syrup stored in the sugar, is responsible for the yellowish appearance of the sugar and the storage occurs larger bulk volume difficult. With the method according to the invention these disadvantages are avoided and uniform crystals are obtained by "seeding" at point - C--, which can be exactly determined in the method according to the invention.