DE10022012C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, und Reaktor zum Durchführen des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem
Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem im Zuge des Lö
sungsprozesses in Abhängigkeit von der gewünschten Zuckerkonzentration in der
zu erzeugenden Zuckerlösung, dem Zuckersirup, kristalliner Zucker und Lö
sungsmittel im erforderlichen Verhältnis kontinuierlich zugeführt und die entspre
chende Menge erzeugter Zuckersirup kontinuierlich abgeführt werden.
In der Getränkeindustrie, vornehmlich im Bereich der Herstellung alkoholfreier
Erfrischungsgetränke, wird Zucker in kristalliner Ausgangsform aufgelöst und als
hochkonzentrierte wäßrige Lösung verarbeitet. Dieser sogenannte Einfachsirup
weist üblicherweise einen sogenannten Trockensubstanzgehalt der Lösung von
mindestens wTS,L = 60% (entsprechend auch mit 60°Brix bezeichnet) auf, wo
durch diese Lösung ohne die Gefahr mikrobiologischen Wachstums gelagert wer
den kann.
Zur Herstellung eines derartigen Zuckersirups sind zum einen diskontinuierlich
und zum andern kontinuierlich arbeitende Verfahren zur Auflösung des kristalli
nen Zuckers in Wasser bekannt. Zentrale Bedeutung kommt hierbei jeweils den
Auflöseapparaturen zu, und hier insbesondere dem sogenannten Lösereaktor ([*]
Handbuch Erfrischungsgetränke, Teil 2, Südzucker, "Auflösen von Zucker").
Im Rahmen der diskontinuierlich arbeitenden Verfahren sei an dieser Stelle der
sogenannte "batch"-Löser genannt ([*]: Abschnitt 4.2.6.5.1 "Diskontinuierliche
Anlagen"). Der aufzulösende Zucker wird zunächst in einem Silo gelagert. Ein
Lösetank, ausgestattet mit einer geeigneten Misch- und Wiegeeinrichtung, dient
zum Auflösen des Zuckers für eine Produktionscharge. In den Lösetank wird zu
nächst Wasser eingewogen, dann Zucker gewichtsmäßig zugegeben, und anschließend
wird der Zucker durch intensives Mischen, in der Regel mit einer ge
eigneten Rührwerkseinrichtung, im Wasser gelöst. Diese so erhaltene Zuckerlö
sung wird filtriert und ggf. kurzzeiterhitzt. Die Transportleitung, der Filter und
eventuell vorhandene Wärmeübertrager werden mit zurückbehaltenem Rezeptur
wasser "ausgesüßt".
Wirtschaftliche und technologische Vorteile bieten diskontinuierlich arbeitende
Verfahren, bei denen die Gesamtmenge des angelieferten losen Zuckers in einer
Charge gelöst und weiter aufbereitet wird. Dieser sogenannte Großraumlöser ist
ein Rührbehälter, in dem eine Silozugladung Zucker in einer Flüssigkeitsvorlage
(Wasser) durch intensives Mischen direkt gelöst wird, um dann, je nach Aufga
benstellung bzw. Verwendungszweck, weiterverarbeitet zu werden ([*]: Abschnitt
4.2.6.5.2 "Großlösertechnik").
Während bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise das gesamte Lösegut für eine
vorgegebene Zeitdauer zur Auflösung im Lösegefäß verbleibt, werden kontinuier
lich arbeitende Systeme stetig durchflossen ([*]: Abschnitt 4.2.6.5.3 "Kontinuierli
che Löseverfahren"). Das Lösegut hat somit keine einheitliche Aufenthaltsdauer
im System, sondern unterliegt einer Verweilzeitverteilung. Die bekannten diesbe
züglichen Apparaturen gleichen sich in ihrer Verfahrensweise und variieren nur
hinsichtlich der Lösetemperatur, der Prozeßsteuerung sowie der Meß- und Re
geltechnik für die Konzentrationseinstellung. Anschließend erfolgt auch die Nach
behandlung entsprechend den Erfordernissen des Betriebes oder des Produktes.
In der Regel wird die hergestellte Zuckerlösung kontinuierlich filtriert und ggf
kurzzeiterhitzt.
Ein kontinuierlich arbeitender Zuckerlöser besteht aus einem Mischbehälter,
der etwa ein Fassungsvermögen von 10 bis 20% der stündlichen Löseleistung
enthält. Der aus einem Vorratssilo in einen Vorbehälter geförderte Zucker wird
mittels einer Dosierrinne, Dosierschnecke oder Zellenradschleuse kontinuierlich
in den Mischbehälter dosiert. Bei konstantem Zuckermengenstrom wird die Was
serzufuhr entsprechend der gemessenen Zuckerkonzentration über ein Dosierventil
geregelt. Der im Wasser suspendierte Zucker wird teilweise schon durch
Umwälzung mit Hilfe einer Kreiselpumpe gelöst, wobei durch Einsatz bestimmter
Einbauten wie Injektordüsen oder sogenannte Turbulenzrohre eine starke Turbu
lenz erzeugt wird. Durch eine geeignete Trenneinrichtung wird kontinuierlich ein
Teil der Zuckerlösung von dem Gemisch aus Zucker und Zuckerlösung abge
trennt. Die kontinuierlich abgeführte Zuckerlösung durchströmt ggf. eine Nachlö
sekammer, in der die noch verbliebenen Zuckerkristalle restlos aufgelöst werden.
Bei der Auflösung von Zucker unter Wärmezufuhr befindet sich in der Nachlöse
kammer ein Wärmetauscher, dessen Betriebstemperatur über einen Temperatur
regler eingestellt wird.
Die Konzentration des gelösten Zuckers wird vorzugsweise im Bypass mit einem
Refraktometer oder Dichtemeßgerät gemessen und über einen nachgeschalteten
Regler, der die Wasserzufuhr über ein Regelventil steuert, konstant gehalten. Ein
in der Abführleitung für Zuckersirup angeordnetes Ausgangsventil wird geöffnet,
sobald die eingestellte Soll-Konzentration erreicht ist; die fertige Zuckerlösung
verläßt dann die Löseanlage. Wird dagegen die eingestellte Soll-Konzentration
unterschritten, bleibt das Ausgangsventil geschlossen und die Zuckerlösung wird
so lange umgewälzt, bis durch Wassernachdosierung die Soll-Konzentration er
reicht ist.
Durch den kontinuierlichen Prozeß können die Apparaturen zur Nach- oder Wei
terbehandlung kleiner als bei den sogenannten "batch"-Prozessen ausgeführt
werden. Insbesondere bei Großanlagen sind kontinuierlich arbeitende Zuckerlö
ser die zur Zeit wirtschaftlichste Lösung.
Die kontinuierlich arbeitenden Zuckerlöser sind relativ aufwendig in Bezug auf
ihre Regelung, der Geräuschpegel ihrer Mischeinrichtungen ist relativ hoch, und
sie haben mit ca. 5 kWh pro Tonne gelösten Zuckers einen relativ hohen spezifi
schen Energiebedarf. Darüber hinaus ist die Regelmöglichkeit in Bezug auf ihre
Ausbringleistung schlecht. Aus diesem Grunde befinden sich hinter dem kontinu
ierlich arbeitenden Zuckerlöser immer Einfachsirup-Lagertanks, damit eine hinreichend
sichere Bereitstellung von Zuckersirup auch bei stark schwankenden Ab
nahmeleistungen sichergestellt ist.
Aus der DE-OS 17 94 125 ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zum Lösen
einer kristallinen oder pulverförmigen Masse in Flüssigkeit, beispielsweise Zucker
in Wasser, bekannt, bei dem zum Einbringen der Masse in das Lösungsmittel ein
aus dem Lösungsmittel und der Masse bestehender Brei in das strömende Lö
sungsmittel entsprechend der gewünschten Konzentration eindosiert wird und bei
dem die so entstandene Mischung über eine Lösungsstrecke bis zur vollständigen
Lösung der Masse weitergeleitet wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Einlauftrichter für die Masse, eine Ein
richtung zum Zuführen von Lösungsmittel zu der trockenen Masse, eine dieser
Einrichtung nachgeschaltete Dosierpumpe, eine das Lösungsmittel führende Lei
tung, in die der Auslaß der Dosierpumpe mündet, und eine sich an diese Mün
dung anschließende Lösungsstrecke.
Die bekannte Vorrichtung ist einerseits relativ aufwendig, da insgesamt vier Pum
pen, die hierzu erforderliche Verrohrung und eine hinreichend lange Lösungs
strecke erforderlich sind. Die Vorrichtung hat darüber hinaus einen relativ hohen
Energiebedarf, der aus dem Betrieb der Pumpen ansich und weiterhin der Tatsa
che resultiert, daß ein aus dem Lösungsmittel und der Masse bestehender Brei
durch einen ersten Rohrleitungsabschnitt und nach anschließender Beimischung
von Lösungsmittel in den Brei entsprechend der gewünschten Konzentration die
so entstandene Mischung über die nachgeordnete Lösungsstrecke bis zur voll
ständigen Lösung der Masse gefördert werden müssen.
In der DE-AS 10 34 469 ist eine Durchfluß-Löse-Anlage zur Herstellung gesättig
ter, zur Speisung von Durchfluß-Zuckerkochern geeigneter Zuckerlösungen mit
einem intensiv beheizten, in stetigem Einlauf mit Kristallzucker und Wasser in
geregelten verhältnisgleichen Mengen belieferten Überlauftopf beschrieben. Die
se Anlage zeichnet sich erstens aus durch ein dem Überlauftopf folgendes langes
- vorzugsweise spiralig verlaufendes bzw. aus mehreren strömungsmäßig hintereinandergeschalteten
konzentrischen Strömungswegen zusammengesetztes -
Strömungskanalsystem mit eine Querzirkulation gegenüber der Hauptströmrich
tung erzeugende Heizung und zweitens durch ein am anderen Kanalende ange
ordnetes, mit einem Überlauf versehenes Becken mit zugehörigem beheiztem
Sirup-Einspeisekopf.
Auch diese bekannte Durchfluß-Löse-Anlage zur kontinuierlichen Bereitstellung
von Zuckerlösungen ist apparativ außerordentlich aufwendig gestaltet und für Lö
seleistungen in der Größenordnung von mehreren to/h kaum geeignet.
Schließlich ist aus der DE-PS 443 181 ein Verfahren zur Lösung von Zucker auf
warmem Wege bekannt, bei dem der zu lösende Zucker zwecks schneller Lösung
mit kondensierendem Dampf an beheizter Fläche verrührt wird, wonach für dün
nere Lösungen weitere Verdünnungsmittel nach Erfordernis zugeleitet werden,
und wobei die hergestellte Lösung je nach der gewünschten Sättigung in entspre
chender Höhe aus der Vorrichtung durch Hähne abgeleitet wird. Die Vorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens weist u. a. ein Rührwerk zum Verrühren des zu lö
senden Zuckers mit kondensierendem Dampf und weiteren Verdünnungsmitteln
auf. Aufgrund der Tatsache, daß die bekannte Vorrichtung von einer Rühr- und
Mischeinrichtung Gebrauch macht, ist zum einen ein relativ hoher spezifischer
Energiebedarf notwendig und zum andern sind derartige Einbauten bakteriolo
gisch problematisch. Der beim Betrieb derartiger Rühr- und Mischeinrichtungen
auftretende Geräuschpegel ist in der Regel unerwünscht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von
kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, zu schaffen,
das einfach durchzuführen ist und zu dessen Durchführung ein Reaktor vorgese
hen wird, der gegenüber bekannten Apparaturen einfacher in seinem Aufbau ist,
Mischeinrichtungen überflüssig macht und einen geringeren spezifischen Ener
giebedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge
löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegen
stand der Unteransprüche. Ein Reaktor zum Durchführen des vorgeschlagenen
Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen im Anspruch 3, während vorteilhafte
Ausführungsformen des vorgeschlagenen Reaktors Gegenstand der dem An
spruch 3 nachgeordneten Unteransprüche sind.
Der Erfindungsgedanke basiert im wesentlichen darauf, daß im Lösungsmittel
durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb oder oberhalb des Sediments ein
Sediment aus kristallinem Zucker mit einer konstanten Betthöhe aufrecht erhalten
wird. Dieses Bett aus sedimentiertem kristallinen Zucker wird vom Lösungsmittel
gegen die Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit v durchströmt, die unterhalb ei
ner das Sediment im Lösungsmittel aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit vG bleibt.
Hierbei ist eine Geschwindigkeit v im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s vorge
sehen. Das vorgeschlagene Verfahren sieht in einer ersten Ausgestaltung vor,
das Sediment durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb des Sediments auf
rechtzuerhalten.
Wird alternativ hierzu das Sediment durch Zufuhr des kristallinen Zuckers ober
halb des Sediments aufrechterhalten, dann resultiert aus dieser Art der Einbrin
gung des kristallinen Zuckers ein erstaunlich einfacher Reaktor zum Durchführen
des Verfahrens.
Der Verzicht auf jegliche die Intensität des Lösungsprozesses befördernde me
chanische Energiezufuhr ergibt ein sehr einfaches Verfahren, dessen Durchführung
sich in einem ebenso einfachen Reaktor niederschlägt. Da die Durchströ
mungsgeschwindigkeit des sedimentierten kristallinen Zuckers so eingestellt wird,
daß durch diese das Sediment nicht aufgewirbelt wird, sind auch keine besonde
ren Maßnahmen zur Trennung der noch nicht vollständig aufgelösten Zuckerkri
stalle vom Zuckersirup erforderlich. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht
somit eine energetisch günstige und eine apparativ sehr einfache Auflösung des
Zuckers im Lösungsmittel. Es hat sich gezeigt, daß günstige Auflösungsbedin
gungen vorliegen, wenn das Sediment aus kristallinem Zucker mit einer Ge
schwindigkeit im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s durchströmt wird.
Bei einer Durchströmung des Sediments mit einer Geschwindigkeit v vorzugswei
se in der Nähe von v = 0,2 × 10-3 m/s ist in jedem Falle sichergestellt, daß eine
Aufwirbelung des Sediments aus kristallinem Zucker vermieden wird. Unter die
sen Bedingungen lassen sich je Quadratmeter durchströmten Sediments ca. 700 l/h
Zuckersirup mit 62°Brix bei 17 bis 20°C Lösemitteltemperatur erzeugen.
Durch Ausbildung eines Reaktors zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfah
rens in Gestalt eines vertikal angeordneten Strömungsrohres mit entsprechendem
Verweilzeitverhalten werden Misch- und Rühreinrichtungen überflüssig. Die erfor
derliche durchströmte Höhe und die daraus resultierende Reaktionslänge des
Strömungsrohres ist an die vorliegenden bzw. anzustrebenden Stoffaustauschbe
dingungen leicht anpaßbar. Der aufzulösende Zucker wird über eine im Bereich
zwischen der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser und der Abführleitung für
Zuckersirup in das Strömungsrohr eingreifende Zuführeinrichtung für Zucker in
das Strömungsrohr eingebracht, wo der ungelöste Zucker zunächst sedimentiert.
In das untere Ende des Strömungsrohres mündet die Zuführleitung für Wasser
ein, und in diesem Bereich ist, unmittelbar anschließend an diese Einmündungs
stelle, die Zuführ- und Verteileinrichtung für dieses Wasser vorgesehen, so daß
die sedimentierte Schicht ungelösten Zuckers, ähnlich einem sogenannten Fest
bett, gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche des Strömungsrohres im
wesentlichen gegen die Schwerkraft, von unten nach oben, vom Lösungsmittel,
dem Wasser, durchströmt wird. Oberhalb des sich im stationären Betrieb des
Strömungsrohres sedimentierenden ungelösten Zuckers ist der verbleibende Teil
des Strömungsrohres bestimmungsgemäß vollständig mit der erzeugten Zucker
lösung ausgefüllt, wobei sich zwischen dem ungelösten Zucker und der darüber
befindlichen Zuckerlösung eine mehr oder weniger scharf begrenzte Trennschicht
ausbildet.
Dabei kann die Betthöhe des sedimentierten kristallinen Zuckers dadurch auf
rechterhalten werden, daß die Zuführeinrichtung für Zucker im Bereich des Sedi
ments in das Strömungsrohr eingreift. Es hat sich in diesem Zusammenhang als
vorteilhaft herausgestellt, wenn die Zuführeinrichtung für Zucker in einem verti
kalen Abstand h, gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser, in
das Strömungsrohr einmündet, der etwa einem Drittel einer durchströmten Höhe
H des Strömungsrohres, die ebenfalls von der Zuführ- und Verteileinrichtung für
Wasser gemessen wird, entspricht.
Eine andere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Reaktors sieht hinsichtlich der
Einleitungsstelle für den kristallinen Zucker vor, daß die Zuführeinrichtung für
Zucker oberhalb des Sediments in das Strömungsrohr eingreift. Dabei hat sich
gezeigt, daß besonders günstige Verhältnisse dann gegeben sind, wenn die Zu
führeinrichtung für Zucker in einem vertikalen Abstand h, gemessen von der Zu
führ- und Verteileinrichtung für Wasser, in das Strömungsrohr einmündet, der et
wa zwei Drittel der durchströmten Höhe H entspricht. In diesem Falle wird der zu
geführte kristalline Zucker auf das Sediment aufgeschichtet. Hierdurch läßt sich
die Zuführeinrichtung für Zucker besonders einfach ausgestalten und es besteht
nicht die Gefahr des Eindringens von Zuckerlösung in die Zuführeinrichtung.
Im stationären Betrieb des Strömungsrohres werden kontinuierlich Wasser über
die Zuführleitung und Zucker über die Zuführeinrichtung im erforderlichen Men
genverhältnis zugeführt, während ein entsprechender Mengenstrom Zuckersirup,
auch als Einfachsirup bezeichnet, das Strömungsrohr an dessen oberem Ende
nahezu drucklos über die Abführleitung verläßt. Dabei werden das Volumen bzw.
die Menge des zuströmenden Wassers sowie das Volumen bzw. die Menge und
Konzentration des Einfachsirups kontinuierlich gemessen, und es wird anschlie
ßend durch nachträgliches kontinuierliches Hinzumischen von Wasser in der er
forderlichen Menge die gewünschte Sollwert-Konzentration des dann als Fertigsi
rup bezeichneten Endproduktes erreicht.
Untersuchungen haben ergeben, daß die durchströmte Höhe des Strömungsroh
res mit ca. H = 3 bis 3,5 m und die Betthöhe h* des Sediments mit ca. 2 m ausrei
chend bemessen sind. Dieses Ergebnis findet in einem entsprechenden Ausle
gungsvorschlag seinen Niederschlag. Diese Reaktorhöhe stellt sicher, daß der
erforderliche Trockensubstanzgehalt von wenigstens wTS,L = 60% (entsprechend
60°Brix) am Austritt des Strömungsrohres erreicht wird.
Das Auflösen von Zucker in Wasser ist ein endothermer Prozeß. Falls dieser Pro
zeß zwecks Erhöhung der Lösungsgeschwindigkeit jedoch isotherm geführt wer
den soll, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Reaktors gemäß
der Erfindung vor, daß in der oberen Hälfte des Strömungsrohres ein Wärmetau
scher vorgesehen ist. Alternativ hierzu wird weiterhin vorgeschlagen, die erforder
liche Wärmezufuhr durch Anordnung eines Wärmetauschers in der Zuführleitung
für Wasser sicherzustellen.
Zwei Ausführungsbeispiele des Reaktors zum Durchführen des Verfahrens ge
mäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
hinsichtlich ihres Aufbaus und Betriebes beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines Reak
tors zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem
Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem die Zuführeinrichtung
für Zucker im Bereich des Sediments in das Strömungsrohr eingreift
und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung, bei
dem die Zuführeinrichtung für Zucker oberhalb des Sediments in das
Strömungsrohr eingreift.
Ein Reaktor 1 (Fig. 1) ist als vertikal angeordnetes Strömungsrohr ausgebildet.
In dieses mündet einerseits am unteren Ende die Zuführleitung für Wasser 4 ein,
während eine Abführleitung für Zuckersirup 5 andererseits am oberen Ende aus
mündet. Unmittelbar im Anschluß an die Eintrittsstelle der Zuführleitung 4 in das
Strömungsrohr 1 ist in diesem eine Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser 2
angeordnet, über die das in das Strömungsrohr 1 von unten eintretende Wasser
W gleichmäßig über dessen durchströmte Gesamtquerschnittsfläche A verteilt
wird. In die untere Hälfte des Strömungsrohres 1 greift von der Seite eine über
einen Motor M angetriebene Zuführeinrichtung für Zucker 3 ein, die beispielswei
se als Dosierschnecke oder Zellenradschleuse ausgebildet ist und aus einem
Vorratssilo 3a kristallinen Zucker Z in diesen Bereich des Strömungsrohres 1
kontinuierlich dosiert. Dabei mündet die Zuführeinrichtung 3 in einem vertikalen
Abstand h (Einspeisehöhe h), gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung
für Wasser 2, in das Strömungsrohr 1 ein, der etwa einem Drittel einer durch
strömten Höhe H des Strömungsrohres 1, die ebenfalls von der Zuführ- und Ver
teileinrichtung für Wasser 2 gemessen wird, entspricht. Über eine Absperrklappe
3b ist die Zuführeinrichtung 3 vom Innenraum des Strömungsrohres 1 abzusper
ren. In die Abführleitung 5 mündet eine zweite Wasserleitung 6 ein, über die
Wasser W dem das Strömungsrohr 1 verlassenden, auch als Einfachsirup ES
bezeichneten Zuckersirup zugeführt werden kann. Auf diese Weise entsteht dann
der sogenannte Fertigsirup FS mit der gewünschten Sollwert-Konzentration.
Zum Anfahren des Strömungsrohres 1 wird in diesem zunächst über die Zuführ
leitung 4 so viel Wasser W vorgelegt, daß der Eintrag des Zuckers Z aus der Zu
führeinrichtung 3 unterhalb des sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels erfolgt.
Nach einer Wartezeit hat sich der ungelöste Zucker Z im Strömungsrohr 1 ober
halb der Zuführ- und Verteileinrichtung 2 über eine Ablagerungshöhe h* (Betthö
he h* eines Sediments S aus kristallinem Zucker Z) sedimentiert und zur darüber
befindlichen Zuckerlösung ES eine Trennschicht T ausgebildet. Anschließend
wird über die Zuführleitung 4 und die nachgeordnete Zuführ- und Verteileinrich
tung 2 kontinuierlich Wasser W zugeführt, das das aus ungelöstem Zucker Z be
stehende Bett mit der Betthöhe h* über die gesamte Querschnittsfläche A des
Strömungsrohres 1 im wesentlichen gleichmäßig durchströmt (Zustand W + Z).
Entsprechend der Wasserzufuhr W über die Zuführleitung 4 wird im erforderlichen
Mengenverhältnis kontinuierlich Zucker Z über die Zuführeinrichtung 3 zu
geführt.
Im stationären Betrieb ist das Strömungsrohr 1 oberhalb der Trennschicht T voll
ständig mit Zuckerlösung, dem Einfachsirup ES, befüllt. Letzterer tritt nahezu
drucklos über die Abführleitung 5 aus dem Strömungsrohr 1 aus. Sowohl der Vo
lumenstrom des über die Zuführleitung 4 zuströmenden Wassers W als auch der
Volumenstrom und die Konzentration (Dichte) des in der Abführleitung 5 strömen
den Einfachsirups ES werden kontinuierlich gemessen. Für den Volumenstrom in
der Zuführleitung 4 und in der Abführleitung 5 sind jeweils ein Meßumformer FT
und für die Dichte in der Abführleitung 5 ist ein Meßumformer DT vorgesehen.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Menge des gelösten
Zuckers Z im über die Abführleitung 5 das Strömungsrohr 1 verlassenden Ein
fachsirup ES geregelt. In diesem Falle ist die im Strömungsrohr 1 erreichte Zuc
kerkonzentration stets größer als die Sollwert-Konzentration im Fertigsirup FS.
Diese gewünschte Sollwert-Konzentration wird durch kontinuierliches Hinzumi
schen von Wasser W auf dem Weg über die zweite Wasserleitung 6 in die Ab
führleitung 5 mittels eines Durchflußreglers FIC eingeregelt. Volumenstrom und
Konzentration des das Strömungsrohr 1 verlassenden Einfachsirups ES bestim
men den Volumenstrom des Wassers W in der Zuführleitung 4 und die Menge
des über die Zuführeinrichtung 3 dem Strömungsrohr 1 zugeführten Zuckers Z.
Die Meß- und Regeleinrichtungen FT, DT und FIC sowie der Antrieb M der Zufüh
reinrichtung 3 sind über Signalverarbeitungsleitungen 7 miteinander verbunden.
Ein anderes Regelverfahren sieht vor, die gewünschte Sollwert-Konzentration des
Fertigsirups FS durch Regelung der Menge des zuzuführenden Zuckers Z einzu
stellen. In diesem Falle werden Volumenstrom und Konzentration des das Strö
mungsrohr 1 über die Abführleitung 5 verlassenden Einfachsirups ES gemessen
und die Menge des über die Zuführeinrichtung 3 zugeführten Zuckers Z wird in
Abhängigkeit vom Volumenstrom des Wassers W in der Zuführleitung 4, der
gleichfalls gemessen wird, geregelt.
Fig. 2 zeigt die Ausführungsform eines ebenfalls als Strömungsrohr 1 ausgebil
deten Reaktors, der gegenüber jenem gemäß Fig. 1 teilweise weiter vereinfacht
ist. Dies gelingt durch die Verschiebung der Einleitungsstelle für den kristallinen
Zucker Z auf eine Einspeisehöhe h, die etwa Zweidrittel der durchströmten Höhe
H des Strömungsrohres 1 entspricht (h ≈ H2/3). Dabei ist die Zuführeinrichtung
für Zucker 3 in Form eines gegen die Längsachse des Strömungsrohres 1 ge
neigten Rohres ausgeführt, das in das Strömungsrohr 1 seitlich einmündet und
sich am unteren Ende über eine Rutsche 3c im Strömungsrohr 1 fortsetzt. Da
durch wird der zugeführte kristalline Zucker Z auf das aus kristallinem Zucker Z
bestehende Sediment S (Betthöhe h*) aufgeschichtet.
Die Abführleitung für Zuckersirup 5 ist seitlich am oberen Ende des Strömungs
rohres 1 derart angeordnet, daß sie wie ein Überlauf wirkt und dadurch einen ma
ximalen Flüssigkeitsspiegel N im Strömungsrohr 1 determiniert. Dieser Flüssig
keitsspiegel N bildet sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren auch
in der Zuführeinrichtung für Zucker 3 ab, wodurch ein problemloses Zuführen des
kristallinen Zuckers Z in diesem Bereich möglich ist. Zur leichteren Einbringung
und Verteilung des Zuckers Z in das auf dem durch den Flüssigkeitsspiegel N
gegebene Niveau anstehende Lösungsmittel, das im wesentlichen dem über der
Trennschicht T befindlichen Einfachsirup ES entspricht, ist in der Zuführeinrich
tung für Zucker 3 eine motorisch angetriebene Einschlag- und Verteileinrichtung 8
vorgesehen. Zur Regelung des Reaktors 1 sind die zum Reaktor gemäß Fig. 1
vorgeschlagenen Maßnahmen sinngemäß anzuwenden.
Claims (10)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lö
sungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem im Zuge des Lösungsprozesses in
Abhängigkeit von der gewünschten Zuckerkonzentration in der zu erzeugen
den Zuckerlösung, dem Zuckersirup, kristalliner Zucker und Lösungsmittel im
erforderlichen Verhältnis kontinuierlich zugeführt und die entsprechende Men
ge erzeugter Zuckersirup kontinuierlich abgeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Lösungsmittel durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb oder oberhalb des Sediments ein Sediment aus kristallinem Zucker mit einer konstanten Betthöhe aufrechterhalten wird,
daß das Sediment vom Lösungsmittel gegen die Schwerkraft durchströmt wird, und
daß hierbei eine Geschwindigkeit (v) im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s vorgesehen ist, die unterhalb einer das Sediment im Lösungsmittel aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit (vG) bleibt.
daß im Lösungsmittel durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb oder oberhalb des Sediments ein Sediment aus kristallinem Zucker mit einer konstanten Betthöhe aufrechterhalten wird,
daß das Sediment vom Lösungsmittel gegen die Schwerkraft durchströmt wird, und
daß hierbei eine Geschwindigkeit (v) im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s vorgesehen ist, die unterhalb einer das Sediment im Lösungsmittel aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit (vG) bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindig
keit (v) vorzugsweise in der Nähe von v = 0,2 × 10-3 m/s eingestellt wird.
3. Reaktor zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend
aus einem Behälter, der eine Zuführeinrichtung für den Zucker, eine Zuführ
leitung für Wasser, eine Abführleitung für den erzeugten Zuckersirup und eine
Meß- und Regeleinrichtung zur Einstellung der Zuckerkonzentration im Zuc
kersirup aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reaktor als vertikal angeordnetes Strömungsrohr (1) ausgebildet ist,
in das am unteren Ende die Zuführleitung für Wasser (4) einmündet,
das unmittelbar anschließend eine Zuführ- und Verteileinrichtung für Was ser (2) aufweist,
das an seinem oberen Ende in die Abführleitung für Zuckersirup (5) aus mündet und
in das im Bereich zwischen der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) und der Abführleitung für Zuckersirup (5) die Zuführeinrichtung für Zuc ker (3) eingreift.
daß der Reaktor als vertikal angeordnetes Strömungsrohr (1) ausgebildet ist,
in das am unteren Ende die Zuführleitung für Wasser (4) einmündet,
das unmittelbar anschließend eine Zuführ- und Verteileinrichtung für Was ser (2) aufweist,
das an seinem oberen Ende in die Abführleitung für Zuckersirup (5) aus mündet und
in das im Bereich zwischen der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) und der Abführleitung für Zuckersirup (5) die Zuführeinrichtung für Zuc ker (3) eingreift.
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrich
tung für Zucker (3) im Bereich des Sediments (S) in das Strömungsrohr (1)
eingreift.
5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrich
tung für Zucker (3) in einem vertikalen Abstand (h), gemessen von der Zuführ-
und Verteileinrichtung für Wasser (2), in das Strömungsrohr (1) einmündet,
der etwa einem Drittel einer durchströmten Höhe (H) des Strömungsrohres (1),
die ebenfalls von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) gemessen
wird, entspricht (h ≈ H/3).
6. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrich
tung für Zucker (3) oberhalb des Sediments (S) in das Strömungsrohr (1) ein
greift.
7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrich
tung für Zucker (3) in einem vertikalen Abstand (h), gemessen von der Zuführ-
und Verteileinrichtung für Wasser (2), in das Strömungsrohr (1) einmündet,
der etwa Zweidrittel der durchströmten Höhe (H) entspricht (h ≈ H2/3).
8. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die durchströmte Höhe (H) des Strömungsrohres (1) ca. 3 bis 3,5 m und die
Betthöhe (h*) des Sediments (S) ca. 2 m betragen.
9. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in
der oberen Hälfte des Strömungsrohres (1) ein Wärmetauscher vorgesehen
ist.
10. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Zuführleitung für Wasser (2) ein Wärmetauscher vorgesehen ist.
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DE10022012A DE10022012C2 (de) | 2000-02-01 | 2000-05-05 | Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens |
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JP2001031976A JP2001314200A (ja) | 2000-05-05 | 2001-02-08 | 溶媒への結晶砂糖の連続溶解方法及びこの方法を実施するための溶解反応器 |
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DE443181C (de) * | 1926-03-27 | 1927-04-14 | Willi Schmidt | Verfahren und Vorrichtung zur Loesung von Zucker auf warmem Wege |
DE1034469B (de) * | 1953-07-27 | 1958-07-17 | Hansella Werk Albert Henkel A | Durchfluss-Loese-Anlage zur Herstellung gesaettigter Zuckerloesungen |
DE1794125A1 (de) * | 1968-09-12 | 1971-10-07 | Franz Orlita | Verfahren und Vorrichtung zum Loesen einer kristallinen oder pulverfoermigen Masse in Fluessigkeit,z.B. Zucker in Wasser |
-
2000
- 2000-02-01 DE DE20001749U patent/DE20001749U1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-05 DE DE10022012A patent/DE10022012C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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