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Verfahren zur Enthärtung technischer Zuckerlösungen Es ist bekannt,
technische Zuckerlösungen - insbesondere Dünnsaft - durch Austausch der Kalziumionen
gegen Alkaliionen mit Hilfe von Ionenaustauschern zu erhärten, um Inkrustationen
in der Verdampferstation zu vermindern.
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Es ist ferner bekannt, daß durch Zugabe von Alkalihydroxyd oder -karbonat
in die zweite Saturation bzw. in ihre Abpumppfanne infolge Alkalitätserhöhung eine
Enthärtung durch weitgehende Abscheidung der Kalksalze als Kalziumkarbonat erreicht
wird.
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Bei beiden Verfahren wird dem Dünnsaft eine dem Kalziumgehalt entsprechende
Menge an Alkaliionen oder im Falle der direkten Alkalizugabe sogar ein erheblicher
Überschuß an Alkaliionen zugeführt. Nach den gegenwärtigen Kenntnissen über die
Melassebildung ist dies von Nachteil für die Zuckerausbeute.
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Es ist weiter bekannt, zum Zwecke der Erhöhung der Zuckerausbeute
Dünnsaft der zweiten Saturation über einen ammoniumbeladenen Kationenaustauscher
zu leiten, um die Alkali- und zwangläufig auch die Erdalkaliionen gegen Ammonium
auszutauschen. Der so behandelte Saft wird im Überschuß mit Kalziumhydroxyd versetzt,
wodurch anstatt der melassebildenden Alkaliverbindungen weniger melassebildende
Kalziumverbindungen und freies Ammoniak gebildet werden. Der Überschuß an Kalziumhydroxyd
wird in einer dritten Saturation zu Kalziumkarbonat umgewandelt, welches durch anschließende
Filtration abgeschieden wird. Das gebildete Ammoniak entweicht in der Verdampfstation
und kann eventuell wiedergewonnen werden. Der Kationenaustauscher wird nach Erschöpfung
mit Ammonsulfatlösung regeneriert. Hierbei besteht die Gefahr einer Ausscheidung
von Kalziumsulfat, da der Austauscher bei der Beladung außer den Alkaliionen auch
die im Dünnsaft enthaltenen Kalziumionen aufgenommen hat. Deshalb ist die Konzentration
an Ammonsulfat in der Regenerationslösung verhältnismäßig niedrig zu wählen. Da
bei der Regeneration des Ionenaustauschers nur ein Teil des Kalziums entfernt wird,
stellt sich auf dem Austauscher eine Gleichgewichtsbeladung an Kalzium ein, welche
einen beträchtlichen Teil der Austauschkapazität blockiert.
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Schließlich ist es bekannt, den Gehalt von technischen Zuckerlösungen
an Mineralstoffen durch eine Behandlung mit Kationenaustauschern und Anionenaustauschern,
also durch eine Entsalzung, ganz oder teilweise zu beseitigen. Das geschieht in
der Weise, daß der zu behandelnde Zuckersaft über beide Austauschstufen geleitet
wird oder daß der zu behandelnde Zuckersaft in zwei Teilströme verzweigt wird, von
denen der eine über einen Kationenaustauscher geleitet wird, während der andere
durch den Anionenaustauscher geführt wird, worauf die beiden behandelten Teilströme
wieder vereinigt werden.
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Es ist auch versucht worden, nur einen Teilstrom mit einem Anionenaustauscher
zu behandeln und danach mit unbehandeltem Teilstrom wieder zu mischen, aber dabei
trat eine stark erhöhte Farbstoff- und Melassebildung ein.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Enthärtung technischer Zuckerlösungen,
vorzugsweise Dünnsaft, mittels Ionenaustauschern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der
in bekannter Weise mit Kohlendioxyd behandelte und filtrierte Dünnsaft ganz oder
teilweise zunächst über einen Anionenaustauscher in der Hydroxy d- oder Karbonatform
geleitet, sodann mindestens teilweise in die zweite Saturationspfanne bzw. die Abpumppfanne
der zweiten Saturation zurückgeführt und dann in bekannter Weise weiterverarbeitet
wird.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also die Enthärtung des
Dünnsaftes mit Hilfe der in diesem bereits enthaltenen Alkaliionen.
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Der nach der zweiten Saturation filtrierte Dünnsaft enthält an Nichtzuckerstoffen
neben Kohlehydraten, Eiweiß- und Schleimstoffen insbesondere Alkalisalze organischer
Säuren. Diese Salze können durch Behandeln des Saftes mit einem Anionenaustauscher
in Hydroxyd- oder Karbonatform in Alkalihydroxyde oder -karbonate umgewandelt werden,
wobei die Anionen der organischen Säure vom Anionenaustauscher aufgenommen werden.
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Die erhöhte Alkalität des derart behandelten Saftes kann zur Enthärtung
weiterem, nicht durch Ionenaustausch behandelten Dünnsaftes in der zweiten Saturation
ausgenutzt werden. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Teilstrom
des aus der zweiten Saturation kommenden filtrierten
Dünnsaftes
über den Anionenaustauscher geleitet und danach in die zweite Saturation zurückgeführt
werden, während der andere Teilstrom, gegebenenfalls nach Behandlung an einem Kationenaustauscher,
zur Verdampferstation geht. Man kann aber auch den gesamten filtrierten Dünnsaft
aus der zweiten Saturation über den Anionenaustauscher leiten und danach in zwei
Teilströme verzweigen, von denen einer in die zweite Saturation zurückgeführt wird,
während der andere über einen Kationenaustauscher zur Verdampferstation geht.
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Wird ein Anionenaustauscher in Hydroxylform verwendet, dann wird der
in die zweite Saturation zurückkehrende Anteil in den Saturationskessel geleitet
oder mit dem Dünnsaft vor dessen Eintritt in den Kessel gemischt. Beim Sättigen
des Gemisches mit Kohlendioxyd wird das durch den Anionenaustausch entstandene Alkalihydroxyd
in Alkalikarbonat umgewandelt. Dieses vermehrt durch Verschiebung des Löslichkeitsgleichgewichtes
die Abs.cheidung von Kalziumkarbonat und wandelt die im Dünnsaft enthaltene Kalziumsalze
organischer Säuren in deren Alkalisalze und Kalziumkarbonat um.
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Wird der Anionenaustauscher in Karbonatform angewendet, dann kann
der in die zweite Saturation zurückkehrende alkalikarbonathaltige Anteil in die
Saturationspfanne oder auch direkt in die Abpumppfanne geführt werden. Die Wirkung
auf den filtrierten Dünnsaft ist die gleiche.
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Das Äquivalentverhältnis zwischen dem Alkalihydroxyd- bzw. -karbonatgehalt
des aus dem Anionenaustauscher in die zweite Saturation zurückgeführten Dünnsaftes
und dem nach der zweiten Saturation im Dünnsaft verbliebenen Gehalt an Kalziumionen
kann gleich oder größer als 1 gewählt werden.
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Für die Enthärtung von Dünnsaft nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird kein Alkali zusätzlich in den Saft gebracht, so daß die erreichte Ausscheidung
der Kalziumverbindungen eine, wenn auch nur geringe, echte Reinheitserhöhung des
Dünnsaftes bedeutet. Gegenüber dem normalen Enthärtungsverfahren mit Kationenaustauschern
ist je nach dem Gehalt an löslichen organischen Kalksalzen nur ein geringer Teil
des Dünnsaftes, etwa 10 bis 300/9, an dem Anionenaustauscher zu behandeln.
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Durch die erfindungsgemäße Umwandlung eines Nichtzuckeranteils im
Dünnsaft in Alkalikarbonat bzw. -hydroxyd wird in Verbindung mit den bekannten,
eingangs erwähnten Verfahren zur Erhöhung der Zuckerausbeute eine höhere Austauschkapazität,
eine größere Betriebssicherheit und eine verbesserte Reinheit der Zuckerlösung erreicht,
was sich insgesamt als Steigerung der Zuckerausbeute auswirkt.
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Bei der bekannten indirekten Entsalzung durch Anionenaustausch im
Karbonatzyklus und Kationenaustausch im Ammoniumzyklus werden Nichtzuckerstoffe
in Ammoniumkarbonat umgewandelt, welches durch Fällung mit Kalziumhydroxyd als Kalziumkarbonat
und durch Abtreiben des gebildeten Ammoniaks in der Verdampferstation aus dem Saft
entfernt werden kann. Dieses Verfahren verlangt einen weitgehend enthärteten Dünnsaft,
da sonst sowohl im Anionenaustauscher als auch bei der Regeneration des Kationenaustauschers
mit überschüssiger Ammonkarbonatlösung Kalziumkarbonat auf dem Austauschermaterial
ausfällt. Bei Anwendung der bekannten Enthärtungsverfahren muß entweder eine zusätzliche
Enthärtungsanlage eingesetzt oder durch Zugabe von Alkali die bereits vorhandene
Alkalikonzentration, welche ja durch Ammonium ersetzt werden soll, noch weiter erhöht
werden, was den Kationenaustauscher erheblich belastet.
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Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Enthärtung
ohne zusätzliche Apparaturen und ohne Belastung des Kationenaustauschers erreicht,
wenn ein Teil des über dem Anionenaustauscher geleiteten Dünnsaftes in die zweite
Saturation zurückgeführt wird.
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In der Zeichnung ist ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens
als Beispiel dargestellt.
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Es bezeichnet 1 die Saturationspfanne, 2 die Abpumppfanne der zweiten
Saturation, 3 eine Filtrationsanlage, 4 ein Anionenaustauschfilter.
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Der Dünnsaft wird durch die Leitung 5 in die Saturationspfanne geleitet
und darin in bekannter Weise mit C02 behandelt. Der behandelte Saft wird durch Leitung
6 in die Abpumppfanne übergeführt und daraus durch Leitung 7 zur Filtration 3 geleitet.
Durch die Leitung 8 wird der filtrierte Dünnsaft zum Anionenaustauschfilter 4 geleitet
und von diesem durch die Leitung 9 zurückgeführt. Soll der gesamte filtrierte Dünnsaft
dem Anionenaustausch unterzogen werden, dann wird der nicht zur Rückführung bestimmte
Anteil durch Leitung 10 zur weiteren Verarbeitung über einen Kationenaustauscher
zur Verdampferstation geleitet.
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Wenn jedoch nur der zur Rückführung bestimmte Anteil des filtrierten
Dünnsaftes dem Anionenaustausch unterzogen werden soll, dann wird der zur Weiterbehandlung
gehende Anteil aus der Leitung 8 vor dem Anionenaustauschfilter 4 durch die Leitung
11 abgezweigt. Wird der Anionenaustauscher in Karbonatform angewendet, dann kann
der darin behandelte, in die zweite Saturation zurückzuführende karbonatalkalische
Dünnsaft aus der Leitung 9 wahlweise durch die Leitung 12 zur Saturationspfanne
1 oder durch die Leitung 13 zur Abpumppfanne 2 geleitet werden.
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Wenn dagegen derAnionenaustauscher in Hydroxydform zur Anwendung gelangt,
wird der in die Saturation zurückkehrende alkalische Anteil durch die Leitungen
9 und 12 vom Anionenaustauscher zur Saturationspfanne geleitet.
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Zur weiteren Erläuterung mögen die folgenden Beispiele dienen. Beispiel
1 Ein Dünnsaft der zweiten Saturation enthält nach der Filtration 2,2 mv a1 Ca O
pro Liter und 46 mv a1 Alkaliionen pro Liter.
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Leitet man 10 % dieses Dünnsaftes über einen Anionenaustauscher in
der Karbonatform, so werden etwa 3,6 mval Alkalikarbonat pro Liter des gesamten
Saftes gebildet. Gibt man die so behandelten 10 % des Saftes zu dem gesamten ursprünglichen
Saft zurück, so fällt Kalziumkarbonat aus, und man erhält nach der Filtration einen
Dünnsaft mit 0,3 mval Ca O pro Liter. Somit sind 86 % der Dünnsafthärte entfernt
worden. Beispiel 2 Ein Dünnsaft der zweiten Saturation enthält nach der Filtration
3,3 mval Ca O pro Liter und 42 mval Alkaliionen pro Liter.
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Der gesamte Saft wird zum Zwecke der Vollentsalzung zunächst über
einen Anionenaustauscher in der Karbonatform geleitet. Der Austauschgrad beträgt
hierbei im Durchschnitt 7004, so daß also 29 mval Alkalikarbonat pro Liter Dünnsaft
gebildet werden. Von dem so behandelten Saft werden etwa 15 % abgezeigt und in die
Abpumppfanne der zweiten Saturation
gegeben. Nach der Rücknahme
dieser Saftmenge enthält der filtrierte Dünnsaft nur noch 0,4 mval Ca 0 pro Liter.
Es wurde somit eine Enthärtung von 88 % erzielt.