CH646584A5

CH646584A5 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines tierfutters aus einem ruebenmaterial.

Info

Publication number: CH646584A5
Application number: CH814281A
Authority: CH
Inventors: Rud Frik Madsen; Werner Kofod Nielsen; Bjarne-Olsen Winstrom
Original assignee: Danske Sukkerfab
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1984-12-14
Also published as: AT375246B; FR2496410B1; FI814139L; DK553580A; IT1211152B; DK147291B; NL8105766A; ES8304769A1; GB2089640B; DE3150592A1; IT8125768A0; YU42028B; DK147291C; PL234377A1; BE891582A; YU305681A; ES508246A0; ATA552381A; JPS57194754A; PL130574B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Tierfutters aus einem Rübenmaterial, insbesondere aus ausgelaugten Zuckerrübenschnitzeln und Rübenschalen.

Bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben werden die der Zuckerfabrik gelieferten Rüben zuerst gewaschen,

um Erde und andere Verunreinigungen, die an ihren Oberflächen haften, zu entfernen, und dann zerkleinert.

Es ist bekannt, dass man die äussere Schicht der gewaschenen Zuckerrüben vor dem Zerkleinern entfernen kann, um eine erhöhte Zuckerausbeute, im Vergleich zu der Ausbeute, die mit dem vorstehend erwähnten, traditionellen Waschverfahren erhalten wird, zu erreichen. Die zerkleinerten Zuckerrüben werden dann mit Wasser extrahiert, um einen Zucker-Rohsaft zu bilden, der anschliessend weiterverarbeitet wird, in der Regel zu kristallinem Zucker. Die Extraktion kann in einem Extraktor durchgeführt werden, der einen geneigten Trog und zwei oder mehr drehbare Schnek-kenförderer aufweist, welche in dem Trog so angeordnet sind, dass die Zuckerrübenschnitzel, die am unteren Ende des Troges in denselben eingeführt werden, im Gegenstrom zum Wasser gegen das obere Ende des Troges bewegt werden. Das Wasser wird am oberen Ende des Troges in denselben eingeführt und, nachdem es sich mit Zucker angereichert hat, aus dem unteren Ende des Troges als Zucker-Rohsaft abgezogen.

Die ausgelaugten Zuckerrübenschnitzel, die übrig bleiben, nachdem der grösste Teil der löslichen Zucker und Salze durch die Extraktion entfernt worden ist, werden in der Regel gepresst, um den Trockensubstanzgehalt auf einen Wert zwischen etwa 11 und 21 Gew. % zu erhöhen, je nach der verwendeten Presse.

Durch Zusatz von Chemikalien, z.B. A12(S04.)3, zu den Schnitzeln kann der Trockensubstanzgehalt um weitere 1-2% erhöht werden.

Die ausgepressten Schnitzel können direkt oder nach Silage als Wiederkäuerfutter vewendet werden.

Da die ausgepressten Schnitzel noch immer einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt haben, ist ihr Versand über grössere Distanzen unpraktisch. Daher werden sie in der Regel getrocknet, wenn sie an Orten verwendet werden sollen, die von der Zuckerfabrik weit entfernt sind. Das so erhaltene Produkt ist in einigen Ländern unter der eingetragenen Marke «Pulpetter» im Handel erhältlich.

Es ist auch möglich, den getrockneten Schnitzeln Melasse zuzusetzen, und ein so erhaltenes Produkt ist in einigen Ländern unter der eingetragenen Marke «Kosetter» im Handel erhältlich. Beide Produkte eignen sich als Wiederkäuerfutter.

Sowohl das Auspressen der ausgelaugten Schnitzel als auch das Trocknen der gepressten Schnitzel verbrauchen Energie, und in Anbetracht der laufend steigenden Energiekosten stellt sich daher die Aufgabe, ein energiesparendes Verfahren zu schaffen, mit dem aus Rübenmaterial ein Tierfutter mit niedrigem Wassergehalt hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rübenmaterial bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck einer sauren Hydrolyse unterworfen wird und dass das hydrolysierte Produkt aufgeteilt wird in eine flüssige Fraktion, welche dann neutralisiert und eingedampft wird, um ein Tierfutter mit reduziertem Feuchtigkeitsgehalt zu bilden, und eine feste Fraktion.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Rübenmaterialien, wie ausgelaugte Rübenschnitzel und Rübenschalen, verschiedene Polymere enthalten, z.B. Pektin und Pentosane, die bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit Säure hydrolysiert werden können, um ein flüssiges Hydrolysat zu bilden, welches leicht eingedampft werden kann, um ein der Melasse ähnliches Produkt mit hohem Trockensubstanzgehalt, z.B. etwa 60% Trockensubstanz, zu bilden.

Die nach der Entfernung der hydrolysierten Produkte verbleibende feste Fraktion lässt sich leicht auspressen, so

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dass ein Trockensubstanzgehalt von über 30% erreicht wird, was wesentlich mehr ist als die 22-23% Trockensubstanzgehalt, die in bekannten Verfahren mit Zusatz von Chemikalien höchstens erreicht werden können.

Die feste Fraktion eignet sich jedoch auch, ohne Auspressen, für die Erzeugung von Glucose durch Hydrolyse, da die relative Menge an Cellulose durch die Entfernung der hy-drolysierbaren Produkte gegenüber dem Ausgangsmaterial beträchtlich erhöht worden ist.

Bei der sauren Hydrolyse wird das Ausgangsmaterial vorzugsweise auf eine Temperatur von 100-165 °C erhitzt, am besten auf etwa 130 °C. Das Erhitzen kann vorteilhaft durch Einspritzen von Wasserdampf erfolgen.

Es wird bevorzugt, die Hydrolyse bei einem Druck zwischen 100 und 920 kPa durchzuführen, am besten zwischen 300 und 510 kPa.

Als Säure wird vorzugsweise eine starke anorganische Säure verwendet, z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure. Vorzugsweise wird das Rübenmaterial bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck mit Säure imprägniert, also bevor es auf erhöhte Temperatur gebracht und unter Druck gesetzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die er-findungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Mischer zum Bilden einer Mischung von Rübenmaterial und Säure, eine an den Mischer angeschlossene Hydrolysiereinrichtung mit Mitteln zum Erzeugen eines überatmosphärischen Druckes in derselben, Mittel zum Erhitzen des Inhaltes der Hydrolysiereinrichtung, Mittel zum Austragen von behandeltem Material aus der Hydrolysiereinrichtung, Mittel zum Aufteilen des hydrolysierten Produktes in eine flüssige Fraktion und eine feste Fraktion und Mittel zum Neutralisieren und Eindampfen der flüssigen Fraktion zur Bildung eines flüssigen Produktes mit reduziertem Feuchtigkeitsgehalt.

Die Vorrichtung kann ferner ein Druckentspannungsgefäss enthalten, das in einer Leitung angeordnet ist, welche die Hydrolysiereinrichtung mit den Mitteln zum Aufteilen des Hydrolysates in eine flüssige und eine feste Fraktion verbindet.

Die Mittel zum Erzeugen eines überatmosphärischen Druckes in der Hydrolysiereinrichtung können einen Konus aufweisen, der an der Stelle angeordnet ist, wo die Mischung von Ausgangsmaterial und Säure in die Hydrolysiereinrichtung unter Druck eingeführt wird.

Der Mischer besitzt vorzugsweise einen Trog, in welchem zwei parallele Wellen angeordnet sind, die mit propellerartigen Schaufeln zum gleichzeitigen Vermischen des Rübenmaterials mit der Säure und Fördern der Mischung von einem Ende des Troges zum anderen versehen sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert, in der eine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt ist.

Die dargestellte Vorrichtung enthält einen Mischer 1, beispielsweise mit einem Trog, in welchem zwei horizontale Wellen mit Schaufeln zum Mischen der ausgelaugten Rübenschnitzel mit Säure, z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure, und zum Bewegen der Mischung von einem Ende des Troges zum anderen angeordnet sind. Die ausgelaugten Schnitzel mit einem Trockensubstanzgehalt von beispielsweise 12-16% und erhitzte verdünnte Schwefelsäure werden in den Trog 1 an einem Ende desselben durch Zufuhreinrichtungen 2 bzw. 3 eingeführt. Das imprägnierte Material wird mittels eines Schneckenförderers 4 in eine Hydrolysiereinrichtung 5 transportiert. Das Material wird gegen einen Konus 6 gepresst, der in der Hydrolysiereinrichtung 5 angeordnet ist und der einen Gegendruck ausübt, welcher geringfügig höher ist als der überatmosphärische Druck, der in der Hydrolysiereinrichtung 5 aufrecht zu erhalten ist. Die Hydrolyse wird vorzugsweise bei einem überatmosphärischen Druck von bis zu 810 kPa durchgeführt, und zwar während etwa 10 Minuten, wenn der Druck hoch ist, und während längerer Zeit bei weniger hohem Druck. Die in der Hydrolysiereinrichtung 5 enthaltene Mischung wird erhitzt, indem Wasserdampf durch Dampfeinspritzrohre 7 zugeführt wird.

Über ein geeignetes Absperrorgan 8, z.B. einen drehbaren Kugelschieber der in der Celluloseindustrie verwendeten Art, wird das hydrolysierte Material in ein Druckentspannungsgefäss 9 geführt, in welchem der Druck unter Dampfentwicklung auf Atmosphärendruck reduziert wird, wobei der Dampf durch eine Leitung 10 abgeführt wird und ge-wünschtenfalls an einer anderen Stelle in der beschriebenen Vorrichtung wieder verwendet werden kann.

Das druckentlastete hydrolysierte Material wird aus dem Druckentspannungsgefäss 9 abgepumpt und durch eine Leitung 11 auf ein Filter 12, z.B. ein Bandfilter, geführt, auf welchem das hydrolysierte Produkt filtriert wird, um eine feste Fraktion und eine flüssige Fraktion zu bilden.

Die flüssige Fraktion wird durch eine Leitung 13 in ein Neutralisiergefäss 14 geleitet. Eine Base, z. B. eine CaC03-Lösung, Kalk, eine Na2C03-Lösung oder eine NH3-Lösung, wird durch eine Leitung 15 in das Neutralisiergefäss 14 eingeführt. Nachdem das flüssige Material auf einen pH-Wert von etwa 6 neutralisiert worden ist, wird es über eine Leitung 16 einem Filter 17 zugeführt, auf welchem die Feststoffe abgeschieden werden. Anschliessend wird das neutralisierte, filtrierte Hydrolysat durch eine Leitung 18 einem mehrstufigen Verdampfer 19 zugeführt, in welchem das Hydrolysat eingedampft wird, um den Trockensubstanzgehalt auf etwa 60% zu erhöhen. Das so erhaltene flüssige Produkt wird durch eine Leitung 20 abgeführt und kann als Wiederkäuerfutter verwendet werden, beispielsweise anstelle der Melasse, die bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr anfällt.

Die feste Fraktion enthält in der Regel mehr als 30% organische Feststoffe und eignet sich als Ausgangsmaterial für die beiden folgenden Prozesse. Man kann das ausgelaugte Material neutralisieren und gleich wie unbehandelte ausgelaugte Rübenschnitzel trocknen. Die für ein Kilogramm getrocknetes Produkt erforderliche Energie ist dabei jedoch wegen des beträchtlich erhöhten Trockensubstanzgehaltes viel geringer als in einem Verfahren, in welchem unbehandelte ausgelaugte Schnitzel getrocknet werden. Stattdessen kann man auch die feste Fraktion auf eine hohe Temperatur, zwischen 200 und 250 °C, erhitzen. Die noch im komprimierten Material enthaltene Säure bewirkt dann eine Umwandlung der im behandelten Schnitzelmaterial vorhandenen Cellulose in Glucose. Die so erhaltene Glucose kann durch Gärung in Äthanol umgewandelt werden, und der erzeugte Äthanol kann durch Destillation in reiner Form gewonnen werden.

Beispiel

Ausgelaugte Rübenschnitzel mit einem Gehalt an organischer Trockensubstanz von 15% und mit einer.Temperatur von 65 °C wurden in einer Menge von 80 kg pro Stunde einem Mischer zugeführt. Eine Schwefelsäurelösung mit einer Konzentration von 25 Gew.% und einer Temperatur von 90 °C wurde in einer Menge von 3,55 kg pro Stunde in den Mischer gegeben. Die beiden Materialien wurden innig miteinander vermischt, und die Mischung wurde dann in eine wärmeisolierte Hydrolysiereinrichtung überführt, in der die Mischung auf 131 °C erhitzt und 30 Minuten lang auf dieser

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Temperatur gehalten wurde. Die so behandelte Mischung wurde kontinuierlich in ein Druckentspannungsgefäss geleitet, in welchem die Temperatur auf etwa 100 °C gesenkt wurde. Die hydrolysierte Masse wurde dann in einer Menge von etwa 92 kg pro Stunde auf ein Bandfilter gegeben, um den flüssigen Anteil der Masse abzutrennen. Die Feststoff-Fraktion, die aus 92 kg hydrolysierter Masse erhalten wurde, machte etwa 17,6 kg aus und hatte einen Trockensubstanzgehalt von etwa 32%. Das abgetrennte flüssige Material zusammen mit Waschwasser machte etwa 90 kg aus und enthielt etwa 6,3 kg gelöstes organisches Material. Diese Flüssigkeit wurde neutralisiert, filtriert und eingedampft. Das so erhaltene flüssige Produkt hat in der Regel etwa die folgenden Eigenschaften:

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Trockensubstanzgehalt, %

Asche bei 550 °C, %

Asche bei 1050 °C, %

Reduzierende Zucker (Müller),

% bezogen auf Trockensubstanz Uronsäuren und Pentosen,

bestimmt durch Umwandlung in Furfural, % bezogen auf Trockensubstanz etwa Hexosen (enzymatisch bestimmt), % bezogen auf Trockensubstanz etwa Essigsäure (enzymatisch bestimmt), % bezogen auf Trockensubstanz Ameisensäure (enzymatisch bestimmt), % bezogen auf Trockensubstanz

57,6 13,0 11,8

20,5

50 2,5 0,8 0,03

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines Tierfutters aus einem Rübenmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Rübenmaterial bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck einer sauren Hydrolyse unterworfen wird und dass das hydroly-sierte Produkt aufgeteilt wird in eine flüssige Fraktion, welche dann neutralisiert und eingedampft wird, um ein Tierfutter mit reduziertem Feuchtigkeitsgehalt zu bilden, und eine feste Fraktion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 100 und 165 °C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Hydrolyse bei einem Druck zwischen 100 und 920 kPa durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rübenmaterial bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck mit Säure imprägniert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des hydrolysierten Produktes in eine feste Fraktion und eine flüssige Fraktion durch Filtrieren auf einem Bandfilter bewirkt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Rübenmaterial ausgelaugte Zuckerrübenschnitzel und/oder Zuckerrübenschalen verwendet werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Mischer (1) zum Bilden einer Mischung von Rübenmaterial und Säure, eine an den Mischer (1) angeschlossene Hydroly-siereinrichtung (5) mit Mitteln (6) zum Erzeugen eines überatmosphärischen Druckes in derselben, Mittel (7) zum Erhitzen des Inhaltes der Hydrolysiereinrichtung (5), Mittel (8) zum Austragen von behandeltem Material aus der Hydrolysiereinrichtung (5), Mittel (12) zum Trennen des hydrolysierten Produktes in eine flüssige Fraktion und eine feste Fraktion und Mittel (14,19) zum Neutralisieren und Eindämpfen der flüssigen Fraktion zur Bildung eines flüssigen Produktes mit reduziertem Feuchtigkeitsgehalt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Druckentspannungsgefäss (9), das in einer Leitung angeordnet ist, welche die Hydrolysiereinrichtung (5) mit den Mitteln (12) zum Trennen des hydrolysierten Produktes in eine flüssige und eine feste Fraktion verbindet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen eines überatmosphärischen Druckes in der Hydrolysiereinrichtung (5) einen Konus (6) aufweisen, der an der Stelle angeordnet ist, wo die Mischung von Rübenmaterial und Säure in die Hydrolysiereinrichtung (5) eintritt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (1) einen Trog aufweist, in welchem zwei parallele Wellen angeordnet sind, die mit propellerartigen Schaufeln zum Vermischen des Rübenmaterials mit der Säure und Fördern der Mischung von einem Ende des Troges zum anderen versehen sind.