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Die Erfindung betrifft ein unter Vakuum in zumindest zwei Stufen durchzuführendes Verfahren zum Erzielen eines Grössenwachstums von aus einem Kochgerät kommenden, in Füllmassen mittlerer und hoher Reinheit enthaltenen Kristallen, wobei in jeder Stufe die Füllmasse gerührt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der EP-AI 65 775 sind Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation in einer aus Saft und Kristallen bestehenden Suspension für die Zuckergewinnung bekannt, wobei die Suspension nacheinander durch mehrere voneinander getrennte Behandlungsräume hindurchgeleitet und in den Behandlungsräumen bei gleichzeitiger Wärmezufuhr unter Aufrechterhaltung eines Brüdendruckes von etwa 0, 1 bis 0, 3 bar in eine interne Umlaufströmung versetzt und in dem ersten Raum mit einer übersättigten Zulauflösung sowie gegebenenfalls nachfolgend mit zugeführtem Einzugsaft vermischt wird.
In den ersten Behandlungsräumen werden durch schnell laufende Mischrührer hochtmbulente Scherfelder und eine Zirkulationsströmung erzeugt und in den nachfolgenden Behandlungsräumen wird die Suspension durch das Einwirken langsam laufender Rührer in eine im wesentlichen laminare Umlaufströmung versetzt.
Das bekannte Verfahren umfasst den ersten Schritt der Kristallisation bei der Zuckerherstellung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist der zweite Schritt, nämlich die Erzielung eines Grössenwachstums von aus einem Kochgerät kommenden, in Füllmassen mittlerer und hoher Reinheit enthaltenen Kristallen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung könnte beispielsweise der Vorrichtung gemäss der EP-AI 65 775 nachgeschaltet werden.
Die Behandlung von Füllmassen in Zuckerfabriken unter Anwendung bekannter Verfahren lässt sich folgendermassen zusammenfassen :
Die Füllmassen werden von den Siedekesseln mit einer Temperatur von etwa 75 C abgegeben. Die Füllmassen mittlerer und niedriger Reinheit werden normalerweise mittels Rühreinrichtungen abgekühlt. Dabei handelt es sich um Anlagen mit horizontaler oder vertikaler Achse, die mit Einrichtungen zum Rühren und Zuführen der Füllmasse versehen sind und Schlangen oder rotierende Scheiben aufweisen, die von Kühlwasser durchströmt sind. Die Temperatur der Füllmasse innerhalb dieser Rührwerke wird fortschreitend verringert, bis ein für das Zentrifugieren geeigneter Wert erreicht ist.
Während der Kühlung innerhalb dieser Rührwerke kristallisiert aufgrund der Übersättigung der Zuckerlösung ein Teil des gelösten Zuckers, so dass es zu einer Vergrösserung von bereits in der Füllmasse vorhandenen Kristallen kommt.
Dieses bekannte Verfahren, welches, wie bereits erwähnt, bei Füllmassen mittlerer und niedriger Reinheit anwendbar ist, bewirkt keine Veränderung des Wassergehaltes der ausgegebenen Füllmasse, und die teilweise Kristallisierung, die sich ergibt, ist lediglich eine Folge der Gesamtabkühlung. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch bei Füllmassen hoher Reinheit nicht anwendbar. Eine Kühlung durch Wasser würde dabei nämlich die Bildung harter Agglomerate der Füllmasse hervorrufen, die an den metallischen Wänden anhaften, die Durchgänge verstopfen und eventuell die Rühreinrichtungen zum Stillstand bringen würden.
Üblicherweise werden daher Füllmassen hoher Reinheit, so heiss wie sie sind, durch Zentrifugieren behandelt
Um bei Füllmassen hoher Reinheit die gleichen Vorteile zu erzielen wie bei Füllmassen mittlerer und niedriger Reinheit, bedienen sich einige Zuckerhersteller und Anlagen-Ingenieure bei Füllmassen hoher Reinheit der Vakuumkühlung. Die bekannten Verfahren dieser Art, die nachstehend kurz erläutert werden, arbeiten aber diskontinuierlich. Vom Siedekessel wird die Füllmasse mittlerer oder hoher Reinheit einem geschlossenen Mischer zugeführt, der mit einer Welle mit Rührblättern versehen und mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, um das Abkühlen der Füllmasse und die Entfernung eines Teiles des in der Füllmasse enthaltenen Wassers zu bewirken.
Um die Übersättigung innerhalb der richtigen Grenzen zu halten, wird Sirup zugesetzt, während der durch Selbstverdampfung gelieferte Dampf mittels des Kondensators der Unterdruckquelle kondensiert wird.
Die Nachteile der bekannten Verfahren dieser Art, wenn sie für Füllmassen mittlerer und hoher Reinheit angewendet werden, besteht darin, dass der Prozess notwendigerweise diskontinuierlich abläuft und dass demzufolge für jeden Siedekessel ein oder mehrere Vakuummischer zur Verfügung gestellt werden müssen.
Bei einer Zuckerfabrik mit beispielsweise vier Siedekesseln sind vier Vakuummischer dieser Art als Minimum erforderlich oder, um richtiges Arbeiten zu ermöglichen, mindestens acht derartige Mischer erforderlich, was eine entsprechende Komplizierung und entsprechend hohe Anlagekosten nach sich zieht. In Anbetracht der Unzulänglichkeiten diskontinuierlich arbeitender Vakuummischer wurden Versuche unternommen, kontinuierlich arbeitende Vakuummischer herzustellen. Bei diesen bekannten, kontinuierlich arbeitenden Vakuummischer verfolgte das Material einen subhorizontalen Weg. Die erhofften Ergebnisse wurden jedoch nicht erreicht.
Wie statistisch erwiesen worden ist, können die Füllmassen den "subhorizontalen" Mischer nicht unter Einhaltung durchschnittlicher, ausreichend wenig vom Standardwert abweichender Durchlaufzeiten durchlaufen, u. zw. wegen des unvermeidlichen Vorhandenseins von Stagnationszonen. Als Folge ergibt sich ein zu breiter Variationsbereich hinsichtlich der Korngrössenverteilung der Kristalle, die mit Hilfe dieser kontinuierlich arbeitenden"subhorizontalen"Vakuummischer gewonnen werden.
Anderseits schien es nicht möglich, unmittelbar auf einen Vakuummischer vom vertikalen Typ überzugehen, falls man nicht Halte- oder Stopperblenden einbaut, was jedoch zur Bildung der gleichen Stagnationszonen führt, wie sie bei den kontinuierlich arbeitenden"subhorizontalen"Mischern auftreten.
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Die Erfindung zielt darauf ab, das Verfahren so zu führen, dass ein starkes Kristallwachstum bei mässigem Energieaufwand erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art darin, dass in jeder Stufe der Füllmasse in übereinander liegenden Bereichen zwei verschiedene Bewegungen vermittelt werden, u. zw. im ersten, oberen Bereich eine kräftige dreidimensionale Bewegung und im zweiten, unteren Bereich eine im wesentlichen horizontale Bewegung, um die natürliche Absonderung von Kristallen grösserer Abmessung zu fördern und gleichzeitig auch eine unerwünschte Stauung zu vermeiden.
Die richtige Teigigkeit oder Geschmeidigkeit der Füllmasse in jeder Stufe kann durch geeignete Zugabe von gesättigtem Sirup gesteuert werden.
Die richtige Temperatur der Füllmasse und damit ihre Kristallisation kann durch Einstellen des abnehmenden Unterdrucks und durch Kühlen fortlaufend gesteuert werden.
Die Absonderung der Kristalle grösserer Abmessungen wird durch die differenzierten Rührbedingungen, denen die Füllmasse während des Kristallwachstums in jeder der Stufen unterworfen ist, begünstigt, indem in den oberen Bereichen der Füllmasse sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Bewegung und in den unteren Bereichen der Füllmasse lediglich eine Horizontalbewegung hervorgerufen wird, wo sich, ungeachtet der doppelten Rührtätigkeit, die Kristalle grösserer Abmessungen ansammeln.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat wenigstens zwei übereinander liegende Zellen, deren erste von einem vorgeschalteten Kochgerät gespeist wird, wobei jede Zelle einen konkaven Boden hat und eine Rühreinrichtung aufweist, an ihrer Oberseite mit einem Einlasskanal für die Zufuhr der Füllmasse, deren Kristalle vergrössert werden sollen, und an der Unterseite mit einer Auslassleitung für die behandelte Füllmasse versehen ist und wobei eine weitere Leitung jede Zelle mit einer Unterdruckquelle verbindet.
Gemäss der Erfindung bestehen die Rühreinrichtungen aus zwei Rührpropellem, von welchen der erste, obere Propeller eine grössere Blattsteigung aufweist als der zweite, untere Propeller und der Füllmasse in ihren oberen Bereichen dreidimensionale Bewegungen erteilt und der zweite Propeller der Füllmasse in ihren unteren Bereichen im wesentlichen horizontale Bewegungen erteilt.
Der zweite Propeller behindert die Absonderungsbewegung der grösseren Kristalle zum Boden jeder Zelle hin nicht, sondern hat lediglich die Wirkung, eine Stagnation des unteren Bereichs der Füllmasse höheren Kristallisationsgrades in der vor den Auslassleitungen am Grunde jeder Zelle befindlichen Zone zu vermeiden.
Diese Auslassleitungen sind mit Steuereinrichtungen zur Veränderung der Öffnungsgrösse in Abhängigkeit von den Verfahrensparametern jeder Zelle versehen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe der Füllmasse innerhalb jeder Zelle.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Schnitt eines Mischers vom vertikalen Typ, der in drei Zellen in Kaskadenanordnung unterteilt ist, wobei es sich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel handelt.
In der Zeichnung ist ein vertikaler zylindrischer Behältermantel mit (10) bezeichnet, der an seiner Oberseite durch einen Deckelteil (11) geschlossen und mittels dreier konkaver Böden (21,121, 221) in drei Zellen (20,120, 220) unterteilt ist.
Die konkaven Böden bestehen vorzugsweise, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, aus einem oberen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, der im wesentlichen die Form einer sphärischen Kalotte hat.
Am Boden jeder Zelle befindet sich eine Auslassleitung (22,122, 222), die mit einem zugehörigen Steuerventil (23,123, 223) versehen ist. Die ersten zwei Auslassleitungen dienen zum Abgeben des am Boden der zugehörigen Zelle befindlichen Inhalts derselben an die darunterliegende Zelle, während die dritte Auslassleitung zu einer äusseren Pumpe (24) führt und mit dieser verbunden ist.
Die obere Zelle (20) ist mit einem Einlass (25) versehen, um Füllmasse aus einem oder mehreren Siedekesseln zuzuführen. Für jede Zelle (20,120, 220) ist eine Zuleitung (26,126, 226) vorhanden, die den oberen zentralen Teil jedes Bodens (21,121, 221) mit gesättigtem Sirup versorgt. Genauer gesagt befindet sich die Austrittsmündung der Zuleitungen (26,126, 226) auf der halben Höhe des oberen kegelstumpfförmigen Abschnittes jedes Bodens, u. zw. aus Gründen, die nachstehend klargestellt werden. Der kegelstumpfförmige Abschnitt jedes Bodens ist ausserdem von einem äusseren Mantel (27,127, 227) umgeben, um einen Zwischenraum zu bilden, durch den zur Einstellung der Verfahrensbedingungen Wasser hindurchströmt, das über Leitungen (28,128, 228) zugeführt und über Leitungen (29,129, 229) abgeführt wird.
Das Verdampfen des in der Füllmasse jeder Zelle (20,120, 220) enthaltenen Wassers wird jedoch in der Hauptsache von einer Vakuumquelle besorgt, mit der jede Zelle über eine Leitung (30,130, 230) verbunden ist. Das in den vorerwähnten Zwischenräumen zirkulierende, konditionierende Wasser hat lediglich eine Hilfsfunktion für die Steuerung der Temperatur der Füllmasse.
Innerhalb jeder Zelle befinden sich zwei Propeller, von denen einer über dem anderen angeordnet ist und von denen die oberen Propeller (31,131, 231) eine grössere Blattsteigung besitzen als die unteren Propeller (32, 132,232). Tatsächlich kann es sich bei den letztgenannten anstelle von richtigen Propellern um steigungslose, horizontal umlaufende Stangen oder Rührblätter handeln, die lediglich eine im wesentlichen horizontale Zirkulationsbewegung des kristallinen Materials während der Trennungsstufe am Grunde des Bodens hervorrufen
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können. Die unteren Propeller bilden also kein Hindernis für die natürliche Absonderung der Kristalle grösserer Abmessungen innerhalb der Füllmasse.
Die oberen Propeller (31,131, 231) befinden sich in dem oberen Bereich der Füllmasse, wo die Fliessfähigkeit der Füllmasse grösser ist und wo diese Propeller dreidimensionale Rührbewegungen hervorrufen, nämlich sowohl vertikale als auch horizontale Bewegungen, wie es mit strichlierten Linien (33,133, 233) angegeben ist. Die oberen Propeller (31,131, 231) sind, bezogen auf die vertikale Ausdehnung der Füllmasse, die in jeder Zelle enthalten ist, verhältnismässig hoch angebracht, so dass ihre Propellerbewegungen sich nicht zumindest nicht dreidimensional - auf den unteren Bereich der Füllmasse auswirken, der die Kristalle grösserer Abmessungen enthält.
Es wirkt daher nicht nur die konkave Form des Bodens jeder Zelle passiv der Materialstagnation entgegen, sondern die Art der Rührpropeller und ihre Anordnung begünstigt auch aktiv die Absonderung von Kristallen grösserer Abmessungen und dementsprechend den Ubertritt derselben zu der nachfolgenden Stufe.
Diese dynamische Absonderung der grösseren Kristalle in jeder Zelle wird darüberhinaus durch das Vorhandensein einer zylindrischen Düse (34,134, 234) begünstigt, die jeden der oberen Propeller (31,131, 231) umgibt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Propeller der beiden oberen Zellen durch eine gemeinsame Welle (35) angetrieben, die durch einen Motor (36) betätigt wird, der auf der Oberseite des Deckelteiles (11) des Mantels (10) angebracht ist. Die Propeller der letzten Zelle, d. h. der unteren Zelle (220), sind durch eine zweite Welle (135) angetrieben, die wiederum von einem zweiten Motor (136) betätigt wird, der unterhalb des Mantels (10) angebracht ist.
Die Funktionsweise ist folgende :
Jede der Zellen (20, 120 220) wird mit einer Vakuumquelle verbunden, vorzugsweise mit einem Druck von 933 hPa, u. zw. über die Leitungen (30,130, 230), die mit einer Einrichtung zur Unterdruckregelung versehen sind. Die Füllmasse von einem oder mehreren Siedekesseln wird in die erste oder oberste Zelle (20) über den Einlass (25) eingegeben.
Zum Zeitpunkt des Einfüllens in die obere Zelle (20) hat die anfängliche Füllmasse beispielsweise die folgenden Eigenschaften :
EMI3.1
<tb>
<tb> Prozentsatz <SEP> der <SEP> Kristalle <SEP> in <SEP> der <SEP> anfänglichen <SEP> Füllmasse <SEP> 5U, <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Wasseranteil <SEP> in <SEP> der <SEP> anfänglichen <SEP> Füllmasse <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> %
<tb> Anfängliche <SEP> Füllmasse <SEP> 100, <SEP> 0 <SEP> %
<tb> Temperatur <SEP> 75 C.
<tb>
Nach der Anlaufzeit der Einrichtung wird im Inneren der Zelle (20) eine Verteilung der Füllmasse durchgeführt, so dass die grösseren Kristalle dazu neigen, sich abwärts auf den Grund abzusetzen, während sie durch den unteren Propeller (32) horizontal gerührt werden. Eine obere, geschichtete, teigartige Masse wird gleichzeitig längs der dreidimensionalen Bewegungsbahnen in Bewegung gesetzt oder agitiert, wie sie durch die gestrichelten Linien (33) angedeutet sind.
Über den Sirupeinlass (26) wird Sirup zugesetzt, um die erforderliche Zähigkeit oder Teigigkeit beizubehalten.
Der Öffnungsgrad des Steuerventils (23) kann in Abhängigkeit von der Füllhöhe der Masse innerhalb der oberen Zelle (20) reguliert werden. Am Auslass der ersten Zelle (20) beträgt das Kristallwachstum, verglichen mit der anfänglichen Füllmasse, etwa 20 %. Der Prozess wird in der zweiten Zelle (120) und in der dritten Zelle (220) wiederholt.
Am Auslass der zweiten Zelle beträgt das Kristallwachstum, verglichen mit der anfänglichen Füllmasse, ungefähr 36 %. Am Auslass der dritten und letzten Zelle beträgt das Kristallwachstum im Vergleich zur anfänglichen Füllmasse ungefähr 50 % entsprechend einem Kristallwachstum relativ zur ursprünglichen Füllmasse von ungefähr 70 %.
Das mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung erzielte starke Kristallwachstum bedingt keinerlei erwähnenswerte Erhöhung des Verbrauchs an Energieträgem, zumal jede derartige Fabrikanlage mit einer Einrichtung zur Unterdruckerzeugung versehen ist.
Vom Wartungsgesichtspunkt aus betrachtet ist jede weitere zusätzliche Zelle, die über die unbedingt erforderliche Anzahl von Zellen hinaus vorhanden ist, von Vorteil, weil dadurch die Möglichkeit geschaffen wird, einzelne Zellen zeitweise für Reinigungs- und Waschzwecke vom Prozess abzutrennen.
Obgleich zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung in der vorliegenden Beschreibung und in der Zeichnung auf eine beispielhaft ausgewählte Ausführungsform Bezug genommen ist, können vielfache Abwandlungen und Weiterbildungen demgegenüber vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.