DE1062190B - Verfahren zur Herstellung von verkleisterten Staerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von trockenen Produkten aus Stärke, die in kaltem Wasser aufquellen oder dispergieren.

Bei üblichen Verfahren zur Herstellung von Stärken, die bei gewöhnlichen Temperaturen in Wasser dispergieren oder aufquellen, wird die Stärke in Gegenwart von Wasser auf erhitzten Oberflächen, z. B. auf von innen mit Dampf erhitzten Zylindern, behandelt, wodurch die Stärke verkleistert und zu dünnen Folien trocknet, die anschließend zu Flocken mit dem gewünschten Feinheitsgrad vermählen werden können.

Ein Hauptziel der Erfindung ist ein neuartiges, einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von in kaltem Wasser aufquellenden oder sich darin dispergierenden Stärken.

Gemäß der Erfindung werden Stärken verkleistert und getrocknet, indem sie in Gegenwart von vorausbestimmten Mengen Wasser, die größer als der natürliche Wassergehalt von Stärke sind, in die Wirbelschicht eines Mediums mit einer Teilchengröße von 10 bis 5000 μ eingebracht werden, wobei die Temperatur der Wirbelschicht auf einer zur Verkleisterung der Stärke ausreichenden Höhe gehalten wird.

Im nachstehenden werden zur Beschreibung der dichten flüssigkeitsähnlichen Suspensionen \virbelnder Feststoffe Ausdrücke wie »Fließbett«, »Bett«, »wirbelndes Bett«, »wirbelnde Feststoffe« und »Hilfsbett« verwendet. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle Arten von Stärke, wie Kartoffel-, Mais-, Tapioka-, Sago-, Weizen-, Roggen-, Reis-, Gerste- und Haferstärken und die entsprechenden Mehle verwendet werden. Ebenso können als Ausgangsmaterial modifizierte Stärken, z. B. verätherte oder veresterte Stärken oder dünnkochende Stärken, verwendet werden.

Der Feuchtigkeitsgehalt der zu behandelnden Stärke muß innerhalb bestimmter Grenzen geregelt werden und soll höher als der natürliche Feuchtigkeitsgehalt der jeweiligen Stärke sein. Im gewöhnlichen lufttrokkenen Zustand enthält Stärke etwa 12 bis 20% Feuchtigkeit. Gemäß der Erfindung wird solcher Stärke genügend AVasser zugegeben, um einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von vorzugsweise etwa 30 bis 90% Wasser zu erhalten.

Unter diesen Bereich fallen feuchte Stärken, die noch in nichtfiießendem Zustand sind, wie auch Stärke in Form von Stärke-Wasser-Suspensionen. Die Pasteneigenschaften des erhaltenen Produktes, z. B. die Fähigkeit, Wasser zu binden, hängen unter anderem von der während der Wärmebehandlung vorliegenden Wässermenge ab. Durch Zugabe von Chemikalien, wie Alkalien, Säuren, Oxydationsmitteln, Harnstoff und Formaldehyd, zu dem Wasser, mit dem die Starke vor Verfahren zur Herstellung von verkleisterten Stärken

Anmelder:

Duintjer Wilkens Meihuizen & Co- N. V₁, Veendam (Niederlande)

Vertreter: Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald, Dipl.-Chem. Dr. phil. H. Siebeneicher und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 24. Oktober 1956

Leendert Jacobus van Nieuwenhuyzen, Veendam

(Niederlande), ist als Erfinder genannt worden

der Behandlung versetzt wird, kann die Fähigkeit, Wasser zu binden, bei dem Endprodukt verändert werden.

Die dichte, flüssigkeitsähnliche Suspension von wirbelnden Feststoffen kann durch Durchleiten eines mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach oben fließenden Gasstromes durch eine Masse fester Teilchen geeigneter Korngröße erhalten werden. Diese zur Bildung eines Fließbetts führenden Geschwindigkeiten stehen in Wechselbeziehung zu der Größe und Dichte der festen Teilchen. Geschwindigkeiten von nur 0,5 cm/sec bis 500 cm/sec sind bei Wirbelschichtverfahren bekannt. Die dichte, flüssigkeitsähnliche Suspension wirbelnder Feststoffe kann auch durch Übertragung einer auf mechanischem Wege hervorgerufenen oszillierenden Bewegung auf Feststoffe entsprechender Teilchengröße erzeugt werden. Durch derartige durch Oszillation aufgewirbelte Betten können ■ Gase, wie Luft, Stickstoff und Kohlendioxyd, mit Geschwindigkeiten durchgeleitet werden, die geringer sind als die zum Aufwirbeln durch die aufsteigenden Gase allein erforderlichen Geschwindigkeiten.

Die gemäß der Erfindung zu verwendenden Feststoffe sind hauptsächlich .inerte körnige Materialien der entsprechenden Teilchengröße. Diese Feststoffe dienen lediglich zur Wärmeübertragung. Hierzu kön-

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nen ζ. B. Metallkugeln, Glasperlen, Perlen aus feuerbeständigem Material, Frittemaille, hitzebeständige plastische Perlen und Sand verwendet werden. Vorzugsweise werden solche Materialien verwendet, an (leren Oberfläche die "Stärke während der Behandlung hur in· geringem Maße anhaftet. Es wurde gefunden, daß der Grad der Oberflächenbindung der Stärke auf dehr inerten Material unter anderem von der Temperatur des aufgewirbelten Bettes abhängt. Wenn die Temperatur des Materials des Bettes etwa 20° C über dem Siedepunkt des Wassers bei Verfahrensdruck liegt, wird nur eine geringe Oberflächenbindung der Stärke-an dem inerten Material beobachtet. Dies bedeutet, daß zu einer möglichst weitgehenden Verringerung der Oberflächenbindung die Temperatur der aufgewirbelten Masse bei Atmosphärendruck wenigstens 120° C betragen soll. Aus diesem Grund werden derartige Temperaturen bei Betten aus inerten Materialien bevorzugt.

Neben inerten Materialien können auch Materialien' auf Stärkegrundlage als wirbelnde Hilfsfeststoffe verwendet werden. Hierzu eignen sich native Stärken und modifizierte Stärken, wie vorverkleisterte und im erforderlichen Maß verkleinerte Stärke. Bei derartigen Verfahren kann mit niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden, da keine Fremdstoffe in d^s Endprodukt eingeführt werden.
' Der Temperaturbereich des Hilfsbetts kann zwischen zur Verkleisterung der Stärke-Polysaccharide ausreichenden und zur Verbrennung der Produkte nicht ausreichenden Temperaturen liegen. Die Wirbelschicht kann bei den jeweiligen Temperaturen innerhalb des gewünschten Bereiches dadurch gehalten werden, daß der aufsteigende . Gasstrom vorerwärmt oder daß Wärme entweder durch in das Bett direkt eingeführte Röhren oder durch außen angebrachte Wärmeaustauscher übertragen wird.

Die feuchten Stärken werden auf oder unter die Oberfläche des aufgewirbelten Feststoffbettes geführt. Die Zufuhr von Stärke in das Bett und die Entnahme des fertigen Produktes daraus kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Feuchte, noch in nichtfließendem Zustand vorliegende Stärke kann durch ein Sieb gegeben und so in feinteiligem Zustand in das· Bett eingeführt werden. Stärkesuspensionen Sverden entweder durch Eintropfen oder Versprühen eingebracht.

•Die Größe der Suspensionstropfen oder die Teilchengröße der feuchten nichtfließenden Stärke bestimmt das Verhalten der Stärken in dem aufgewirbelten Feststoffbett, da die Tropfen oder Teilchen beim Einbringen in das heiße Bett zu Körnchen gelatinieren und diese Körnchen schließlich getrocknet werden. Die Differenz in der Sedimentationsgeschwindigkeit zwischen den gebildeten Stärkekörnchen und den Materialteilchen, aus denen das Bett besteht, bestimmt die Verweilzeit der Stärke-Polysaccharide im Bett. Das Stärkeprodukt kann entweder auf den Boden des Bettes sinken, dispergiert in dem Bett verbleiben, auf der Oberfläche des Bettes schwimmen oder im Strom des aufsteigenden Gases mitgerissen werden. In den Fällen, in denen eine Abtrennung erfolgt, kann das Stärkeprodukt durch Abziehen mittels einer Ablaß- oder Überflußleitung oder durch Abtrennen der mitgerissenen Körnehen aus dem aufsteigenden Gasstrom zurückgewonnen werden. Wenn keine Abtrennung erfolgt, können die Stärkeprodukte aus dem Bettmaterial abgesiebt werden.

Durch entsprechende Wahl der Reaktionsbedingungen kann die Gelatinierung und das Trocknen praktisch voneinander unabhängig geregelt werden. Der Grad der Verkleisterung hängt von der Temperatur im Bett, dem Feuchtigkeitsgehalt der Stärke, den Feuchtigkeitsbedingungen im Bett und der Verweilzeit der Stärke im Bett ab. Hierbei muß die Temperatur hoch genug sein, um eine Verkleisterung zu erzielen, d. h. höher als die Verkleisterungstemperatur der jeweiligen Stärke. In Gegenwart von die Gelatinierungstemperatur der Stärke verringernden Chemikalien kann bei entsprechend niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden. Die obere Temperaturgrenze ist dadurch gegeben, daß die Polysaccharide nicht anbrennen dürfen und hängt hierdurch von der Verweilzeit im Bett ab. Die anderen Faktoren bezüglich Feuchtigkeitsbedingungen und Verweilzeit wurden bereits beschrieben. Hierbei wird darauf hingewiesen, daß die letztere Variable in den meisten Fällen auch von der Tiefe des Bettes abhängt. Die Kontaktzeit zwischen Stärke und Wirbelschicht kann innerhalb weiter Bereiche von einigen Sekunden zu einigen Stunden schwanken.

Zur Erzielung einer vollständigen Verkleisterung muß das Trocknen zunächst auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Dieses kann durch Wahl geeigneter Temperaturen reguliert werden. Hat sich dann die äußere Schicht des zu behandelnden Stärketropfens oder -teilchens verkleistert, kann wegen der jetzt erhaltenen größeren Beständigkeit gegen Dehydratisierung die Temperatur erhöht werden, so daß die Verkleisterung vollständiger wird und das Trocknen .. gleichzeitig erfolgen kann.

Es kann deshalb von Vorteil sein, das Verfahren in verschiedenen Stufen durchzuführen. Bei Verwendung von z. B. Kartoffelstärke als in diskontinuierlichem Verfahren zu behandelndes Polysaccharid kann die erste Stufe in einem Bett aus zermahlener vorverkleisterter Kartoffelstärke, das bei einer Temperatur von etwa 85° C gehalten wird, durchgeführt werden. Es erfolgt dann eine teilweise Verkleisterung der Suspensionstropfen zu massiven Körnchen, während starkes Trocknen verhindert wird. Anschließend kann die Temperatur des Bettes erhöht und die Körnchen hierdurch vollständig verkleistert und gleichzeitig getrocknet werden. Die zweite Behandlungsphase kann aber auch in einem gesonderten Hilfsbett durchgeführt werden. Hierbei wird das aus dem ersten Reaktor kommende Material, beispielsweise durch Sieben, in Bettmaterial und teilweise verkleisterte Körnchen aufgetrennt. Ersteres kann anschließend in den ersten Reaktor zurückgeführt werden, während die teilweise verkleisterten Körnchen in ein anderes oder eine Reihe weiterer bei höheren Temperaturen gehaltener Hilfs-.betten eingeführt werden. Diese Betten können beispielsweise aus Metallkügelchen oder Sand bestehen.

Die Verfahrensbedingungen sollen so gewählt werden, daß eine Abtrennung erfolgt und das Stärkeprodukt somit leicht von dem Bettmaterial getrennt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird jedoch die feuchte Stärke in einem Einstufenverfahren in eine Wirbelschicht aus einem inerten Material, z. B. Metallkugeln, eingeführt, das bei Temperaturen von 12O⁰C oder höher bei Atmosphärendruck gehalten wird, wobei das Endprodukt entweder oben auf dem Bett schwimmt oder von dem aufsteigenden Gasstrom mitgerissen wird und so leicht von dem Material des Bettes abgetrennt werden kann.

• Bei diesem neuen Verfahren fällt die verkleisterte Stärke in Form von Körnchen an, die entweder massiv oder porös sein können. Je nach der Wasserabsorp-

tionsfähigkeit der als Ausgangsmaterial verwendeten Stärke-Polysaccharide und dem Grad der Verkleisterung können diese Produkte mit kaltem Wasser in Verhältnissen von 1 bis etwa 20 Teilen Wasser je 1 Teil Stärke zu Pasten angerührt werden.

Der Verkleisterungsgrad der erhaltenen Produkte schwankt zwischen beschränktem Aufquellen und vollständigem Aufquellen und völligem Verteilen in kaltem Wasser. Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte haben den Vorteil, beim Anfeuchten mit Wasser weniger zur Klumpenbildung zu neigen als vorverkleisterte Stärken, die auf Walzen getrocknet sind. Die Produkte können für die gleichen Verwendungszwecke wie die bisher bekannten vorverkleisterten Stärken verwendet werden, nämlich als Verdickungs-, Suspensions-, Versteifungs oder Überzugsmittel oder zur Herstellung von Klebstoff. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann feuchte Stärke in billiger Weise einem Medium ausgesetzt werden, das bei gleichmäßiger Temperatur gehalten wird und eine schnelle und wirksame Wärmeübertragung sicherstellt.

Die Wirbelschichttechnik zur Trocknung von Lösungen oder Suspensionen ist bekannt. Hierbei werden die einzudampfenden oder in den trockenen Zustand zu überführenden Flüssigkeiten versprüht und in der so gebildeten Wirbelschicht durch durchstreichende heiße Gase von ihrem Flüssigkeitsgehalt weitgehend oder vollständig befreit. Ein solches Verfahren läßt sich für die Verkleisterung eines Stärkeausgangsmaterials nicht anwenden. Bei dem Versuch, eine wasserhaltige Stärke auf diese Weise zu verkleistern, zeigt sich, daß sich das Material nicht in der notwendigen Weise in den flüssigen Zustand überführen läßt. Darüber hinaus durchläuft die Stärke während der Verkleisterung eine Stufe, in der das Stärkematerial in höchstem Maße klebrig ist. Etwa in Wirbelschicht verteilte Anteile ballen sich hier sofort zu Klumpen und machen eine Behandlung des Gutes in Wirbelschicht unmöglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet diese Schwierigkeiten, und zwar hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Anwendung der Wirbelschichttechnik zur Stärkeverkleisterung dann möglich ist, wenn man zunächst eine Wirbelschicht aus einem beliebig zu wählenden Bettmaterial aufbaut, diese Schicht bei zur Verkleisterung erforderlichen Temperaturen hält und jetzt die zu verkleisternden Materialien einführt. Es war nicht vorherzusehen, daß diese Verfahrensform erfolgreich durchzuführen ist, denn man hätte z. B. auch hier erwarten können, daß während der stark klebrigen Phase des zu verkleisternden Materials das einmal aufgebaute Feststoffbett zusammenklebt und eine weitere Behandlung der Wirbelschicht unmöglich macht. Demgegenüber hat es sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Verkleisterung der Stärke durch überraschend einfache und vorteilhafte Weise erzielt werden kann.

Beispiel 1

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Eine Suspension von einem Teil Kartoffelstärke in einem Teil Wasser wird kontinuierlich in ein Fließbett aus Sandteilchen gesprüht. Die durchschnittliche Teilchengröße des Sandes beträgt 400 μ. Als Aufwirbelungsgas wird Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 bis 25 cm/sec verwendet. Das Bett wird bei einer Temperatur von etwa 200° C gehalten. Nach der Einführung verbleibt die Stärke nur einige Sekunden im Bett. Bei der Auftrennung schwimmen die trockenen Stärkekügelchen oben auf dem Bett, von wo sie durch eine Überlauf leitung entfernt werden.'

Das anfallende Produkt besteht aus porösen Stärkekügelchen, die teilweise gelatiniert und frei von Sand sind. '

Beispiel 2

Eine Suspension von einem Teil Kassawastärke und 5 Teilen Wasser wird kontinuierlich unten in.ein aufgewirbeltes Bett aus Metallkügelchen gesprüht. Die Metallkugeln mit einem Durchmesser von 400 μ werden durch einen aufsteigenden Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 80 cm/sec aufgewirbelt.

Das Bett wird, durch einen außerhalb des Systems angebrachten Wärmeaustauscher auf Temperaturen von 160° C erwärmt. Die Stärke wird im Bett dispergiert und steigt innerhalb weniger Sekunden durch das Bett auf. Die trockenen Körnchen werden in dem aufsteigenden Luftstrom mitgerissen und durch einen Zyklon daraus zurückgewonnen. Das erhaltene Produkt kann zu einer Paste verarbeitet werden,, die 1 Teil Stärke je 10 Teile kaltes Wasser enthält. Die Paste hat eine glatte Struktur und setzt sich beim Stehen über lange Zeit nicht ab.

Beispiel 3

Eine Suspension von Kartoffelstärke in Wasser in einem Verhältnis von 1 : 1 wird auf die Oberfläche eines Bettes aus vermahlener, vorverkleisterter Kartoffelstärke mit einer Temperatur von etwa 90° C gesprüht. ,

Die Größe der vermahlenen vorverkleisterten Stärke liegt unter 380 μ, während die zum Aufwirbeln erforderliche Gasgeschwindigkeit 4 cm/sec beträgt. Die Feststoffe, die den Reaktor durch eine Überflußleitung nach einer durchschnittlichen Verweilzeit im Bett von etwa 10 Minuten verlassen, werden durch Sieben aufgetrennt.

Die massiven Stärkekörnchen, an denen noch Material aus dem Bett haftet, werden gesondert bei einer Temperatur von 110° C getrocknet. Dieses Produkt wird vermählen. Wenn ein Teil dieses Produktes in 20 Teilen kaltem Wasser angerührt wird, bildet sich eine durchsichtige Paste der gleichen Konsistenz, wie sie Pasten aus auf rotierenden Zylindern hergestellter vorverkleisterter Kartoffelstärke zeigen. Das erfindungsgemäß hergestellte Produkt quillt jedoch langsamer auf und hat deshalb eine geringere Neigung zur Klumpenbildung.

Beispiel 4

Suspensionen von Kartoffelstärke mit einem Gehalt von 60% Feuchtigkeit werden mit HCl auf p_H-Wert von 4,5 bzw. 3,8 bzw. 3,5 angesäuert und anschließend nach dem Verfahren des Beispiels 1 behandelt. Die so erhaltenen Produkte können je Teil Trockenprodukt 13 bzw. 9 bzw. 4 Teile kaltes Wasser binden.

Beispiel 5

Dünnsiedende Maisstärke wird der in der Zeichnung dargestellten Behandlung unterworfen. Eine zu 55% Flüssigkeit enthaltende Suspension wird auf Bett I aufgesprüht. Bett I besteht aus zermahlener, vorverkleisterter dünnkochender Maisstärke, die in einem Gasstrom aufgewirbelt und bei einer Temperatur von 90° C gehalten wird. Eine aus Stärkekügelchen und Bestandteilen des Bettes bestehende Mischung wird kontinuierlich aus dem Reaktor I entfernt. In II wird diese Mischung durch Sieben in eine aus teilweise verkleisterten dünnkochenden Stärke-

Claims (4)

körnchen bestehende grobe Fraktion und in eine aus dem Bettmaterial bestehende feine Fraktion aufgeteilt. Das Bettmaterial wird in I zurückgeführt. Die Stärkekörnchen werden in den bei 105 bzw. 120° C gehaltenen Sandbetten III und IV weiterbehandelt. Die Sandbetten, die Teilchen bis zu 1000 μ enthalten, werden durch mechanische Oszillation in Bewegung gehalten. Die kontinuierlich aus Bett IV abgeführte Mischung aus Sandteilchen und Stärkekörnchen wird in V voneinander getrennt. Der Sand wird in III zurückgeführt. Das Stärkeprodukt wird in der Mühle VI vermählen und in VII aufgetrennt, wobei ein Endprodukt erhalten wird, das aus zermahlener, vorverkleisterter dünnsiedender Maisstärke besteht. Ein Teil dieses fertigen Produktes wird als Bettmaterial in Reaktor 1 verwendet. Beispiel 6 Kassawastärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 40% wird kontinuierlich in feinteiligem Zustand in ein aufgewirbeltes Bett aus zermahlener vorverkleisterter Kassawastärke eingeführt, das bei einer Temperatur von 90° C gehalten wird. Nach einer durchschnittlichen Behandlungszeit von 15 Minuten wird ein Produkt erhalten, das in kaltem Wasser zu einer stabilen Suspension teilweise aufgequollener Stärkekörnchen aufquillt. An Stelle von vorverkleisterter Kassawastärke kann auch native Kassawastärke als Material für das Bett verwendet werden. P A T Li N T Λ XSPROCHE-.

1. Verfahren zur Verkleisterung und Trocknung von Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in Gegenwart von vorausbestimmten Mengen Wasser, die größer als der natürliche Wassergehalt von Stärke sind, in die Wirbelschicht eines Mediums mit einer Teilchengröße von 10 bis 5000 μ eingebracht wird, wobei die Temperatur der Wirbelschicht auf einer zur Verkleisterung der Stärke ausreichenden Höhe gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Stärke 30 bis 90% beträgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht aus inerten Feststoffen aufgebaut und die Temperatur dieses Bettes insbesondere etwa 20° C höher als die Siedetemperatur des Wassers beim jeweiligen Betriebsdruck gehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht aus vorverkleisterten Stärketeilchen besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Chemie-Ing.-Techn., 1952, S. 97 und 103.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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