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Verfahren zur direkten Extraktion von Betain aus Zuckersäften Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Extraktion von Betain aus zuckerhaltigen
Säften, Schlempe, Melasse, Abwässern der Zuckerextraktion aus Melasse, Destillationsrückständen
usw. mit Hilfe von Ionenaustauschern ohne den Umweg über ein Betainsailz als Zwischenprodukt.
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Es ist bereits bekannt, aus Flüssigkeiten der genannten Arten das
Betain durch Adsorption an starken Kationenaustauschern und anschließende Elution
mit Ammoniak zu extrahieren. Diese Behandlung ergibt nach der Entfernung des Ammoniaks
eine noch verunreinigte Rohlösung (M. D e v i l 1e r s , Mises au point de chimie
analytique et d'analyse bromatologique, 6 (1958), S. 5 bis 7).
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Die Erfindung hat das Ziel, aus dieser Lösung direkt das in ihr enthaltene
Betain zu gewinnen.
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Nach der Erfindung werden die letzten Fraktionen des ammoniakalischen
Eluats eines Zyklus zu Beginn der Elution eines folgenden Zyklus wieder auf den
Kationenaustauscher gegeben. Die so erhaltene Betainlösung reinigt man dadurch,
daß man sie nacheinander durch einen starken Anionenaustauscher und einen schwachen
Kationenaustauscher hindurchgibt, das letzte Effluat konzentriert und das auf diese
Weise direkt in Form der Base und nicht in Form des Salzes erhaltene Betain kristallisiert.
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Die Zurückführung der Lösung auf den Kationenaustauscher hat den Zweck,
eine übermäßige Verdünnung dieser Lösung zu vermeiden. Sie ist dann hinreichend
stark mit Betain angereichert, wenn sie durch die Anionen- und Kationenaustauscher
hindurchgeleitet wird. Der starke Anionenaustauscher fängt die Aminosäuren auf.
Der schwache Kationenaustauscher hält das Ammoniak oder Basen, wie Kalk, zurück.
Auf diese Weise wird das hydratisierte Betain in einer Menge von 9011/o der in dem
behandelten Saft enthaltenen Menge gewonnen.
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Die praktische Durchführung des Verfahrens wird im nachstehenden an
Hand der Zeichnung näher beschrieben. Diese veranschaulicht sowohl die benutzte
Anlage als auch die Ausführungsform des Verfahrens.
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Die Anlage umfaßt im wesentlichen drei Ionenaustauscher
A, B und C. Der Austauscher A ist ein starker Kationenaustauscher,
beispielsweise auf der Basis von sulfoniertem Polystyrol, insbesondere von Permutit
C 50 (Handelsname). Er wird bei 1 mit dem zu verarbeitenden Saft beschickt,
der nach Abtrennung der Kationen bei 2 abgezogen wird. Zwei Behälter 3 und 4 nehmen
die ämnioniakalische Waschlösung auf, die mehr oder weniger mit zurückgeleitetem
Betain beladen ist; in den Behälter 3 wird ferner eine reine Ammoniaklösung
0 eingeführt, um Ammoniakverluste auszugleichen. 5 und 6 sind Säurezu- und
-ableitungen für die Regenerierung des Austauschers.
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Auf den Austauscher A folgt einVerdampfer 7 mit einem Kondensator
8 und einer Vorlage 9. Bei 10 ist eine Kalkscheidepfanne mit
einem Rührer 11 und einer Zuleitung 12 für Kohlendioxydgas vorgesehen. Die Kalkzuführung
ist bei 13 angedeutet. Am Boden der Scheidepfanne 10 ist eine Förderpumpe
14 angeordnet, die den Saft durch das Filter 15 in die Leitung 16 drückt.
Die Leitung 16 führt zu den Ionenaustauschern Bund C.
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Der Austauscher B ist ein starker Anionenaustauscher; er enthält beispielsweise
Amberlite IRA 401 oder 402 (Handelsname). Bei 17 und 18 sind Zu- und Ablauf der
Regenerierungsflüssigkeit, gewöhnlich Natronlauge, angedeutet.
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Der Austauscher C ist ein schwacher Kationenaustauscher, beispielsweise
mit Amberlite IRC 50 (Handelsname) als Austauschermaterial. Zu- und Ablauf der Regenerierungsflüssigkeit,
im allgemeinen Salzsäure, sind bei 19 und 20 angedeutet. Eine Abzweigung der Leitungen
17, 18 der Natronlauge dient zur Versorgung des Austauschers C.
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In der Zeichnung ist nur ein Paar Ionenaustauscher B und C dargestellt,
es versteht sich jedoch, daß man auch zwei oder mehr Paare solcher Austauscher in
Serie geschaltet verwenden kann.
An den Austauscher C schließen
sich an: der Verdampfer 21, der zur Konzentrierung der Betainlösung dient, der Kristallisator
22, das Abkühlgefäß 23 und der Trockner 24.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit durchläuft den Austauscher A, indem
sie den Leitungen 1 und 2 folgt. Sie verliert in A verschiedene Bestandteile, unter
anderem ihren gesamten Betaingehalt. Das Betgin wird durch Auswaschen mit ammoniakalischen
Lösungen aus den Behältern 3 und 4 gewonnen. Das am Ausgang des Austauschers
A anfallende Bluat wird in vier Fraktionen eingeteilt: Die erste, sehr unreine,
praktisch unbrauchbare Fraktion wird über die Leitung a entfernt.
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Die zweite Fraktion entspricht etwa einem Drittel des Eluats und besteht
aus einer ammoniakalischen Betainlösung; sie wird über die Leitung b abgezogen und
in den Verdampfer 7 geschickt.
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Die dritte Fraktion enthält Betgin und Ammoniak; sie wird über die
Leitung c zum Behälter 4 zurückgeleitet, um von neuem durchgesetzt zu werden.
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Die vierte Fraktion enthält wenig Betgin und viel Ammoniak; sie wird
über die Leitung d zum Behälter 3 zurückgeführt, um ebenfalls von neuem durchgesetzt
zu werden.
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Dadurch, daß die Fraktion c nochmals durchgesetzt wird, ist es möglich,
eine stärker konzentrierte Fraktion b und dementsprechend eine bessere Extraktion
des Betgins zu erzielen.
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Sobald die Auswaschung beendet ist, wird der Kationenaustauscher A
regeneriert, indem man über die Leitungen 5 und 6 Schwefelsäure oder Salzsäure durchläufen
läßt, auflockert und spült.
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Die Fraktion b wird in dem Verdampfer 7 von ihrem Ammoniakgehalt befreit.
Das verdampfte Ammoniak wird in 8 kondensiert und in der Vorlage 9 aufgefangen,
um in den Behälter 3 zurückgeschickt zu werden. Das so erhaltene Konzentrat wird
kochend in den Behälter 10 geleitet und dort mit gebranntem Kalk versetzt. Mit Kohlensäuregas,
das durch 12 eingespeist wird, wird anschließend carbonatisiert. Die Lösung soll
möglichst eine Alkalität von 1,5 g Ca 0 pro Liter erhalten.
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Nach dem Filtrieren bei 15 wird das Filtrat durch die Leitung 16 in
den starken Anionenaustauscher B geschickt, der die Aminosäuren zurückhält. Es passiert
dann den schwachen Kationenaustauscher, der den Kalk und das restliche Ammoniak
zurückhält. Nunmehr liegt ein gereinigtes, praktisch farbloses Produkt vor, das
nur noch das Betgin enthält; dieses wird in der Konzentrierungsvorrichtung 21 gewonnen.
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Nach einer gewissen Betriebszeit werden die Ionenaustauscher B und
C regeneriert; der Austauscher B mit Hilfe von Natronlauge über die Leitungen 17
und 18, der Austauscher C mit Hilfe von Salzsäure. Das in ihnen enthaltene Harz
wird dann durch Auflockern und Waschen für einen neuen Zyklus vorbereitet.
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Die bei 21 konzentrierte Lösung wird dann bei 22 zur Kristallisation
gebracht. Das kristallisierte Produkt wird in einen Kneter 23 gegeben und dann bei
24 gegebenenfalls unter Klären getrocknet. Bei 25 entnimmt man das reine kristallisierte
Betgin. Die Mutterlaugen und Waschwässer werden bei 26 abgezogen und über die Leitung
16 in den Kreislauf zurückgeleitet.
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Die im vorstehenden beschriebene Ausführung eignet sich gut zur Behandlung
von Rückständen der Melassedestillation. Sie läßt sich auch unter Verwendung der
entsprechenden notwendigen Hilfsmittel auf Säfte oder Melassen anwenden; so kann
in gewissen Fällen die Reinigung mit Kalk und die Carbonatbildung wegfallen.
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Das Verfahrgn der Erfindung wird im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert: Beispiel Eine Lösung aus 1 t Wein-Destillationsrückstand und 40 hl Wasser
wird durch den Kationenaustauscher A geleitet, der 30 hl Permutit C 50 (Handelsname)
enthält. Die Durchlaufzeit dieser Lösung und des Spülwassers. beträgt 1 Stunde und
40Minuten.
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Die Flluierung des Betgins erfolgt in mehreren Phasen. Eine erste
Eluierung mit 640 1 Ammoniak und 12 hl Wasser führt in 1 Stunde und 40 Minuten zu
den folgenden Fraktionen: 1. 16 hl praktisch unbrauchbare Flüssigkeit, die verworfen
wird; 2. 16 hl ammoniakalische Betainlösung, die konzentriert wird; 3. 8 hl ammoniakalische
Betainiösung, die zurückgeleitet und von neuem durchgesetzt wird; 4. 8 hl einer
Lösung von viel Ammoniak und wenig Betgin, die ebenfalls zurückgeleitet und von
neuem durchgesetzt wird; 5. 15 hl einer unbrauchbaren Flüssigkeit, die verworfen
wird.
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Im Laufe der folgenden Eluierungen leitet man zuerst die Fraktion
3 zurück, um die Eluierung einzuleiten. Dann gibt man zu 8 hl der Fraktion 4 3 hl
reines Ammoniak und 4 hl kondensiertes Wasser hinzu.
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Man erhält dann die gleichen Fraktionen wie zuvor. Wie gesagt, erhält
man als Fraktion 2, und zwar aus der Leitung b, 16 hl ammoniakalische Betainlösung.
Diese Lösung wird im Verdampfer 7 bis auf 8 hl eingeengt, wobei durch die Leitung
9 4 hl Ammoniak abgezogen und zum Behälter 3 zurückgeleitet werden.
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Nach der Reinigung mit gebranntem Kalk und Kohlensäure wird die Lösung,
deren Volumen 8 hl beträgt, durch den Austauscher B geleitet, der 10 hl Amberlite
IRA 402 (Handelsname) enthält, und anschließend durch den Austauscher C, der 1 hl
Amberlite IRC 50 (Handelsname) enthält. Die Durchlaufzeit beträgt 3 Stunden. Man
erhält 22 hl einer verdünnten Lösung von reinem Betgin. Die Regenierung des Austausehers
B erfordert 100 kg Natriumhyd'roxyd in Form einer 101/eigen Lösung. Zur Regenierung
des Austauschers C werden 401 Salzsäure oder 20 kg Schwefelsäure benötigt. Die verdünnte
Betainlösung (22 hl), die den Austauscher C verläßt, wird bei 21 zu einem Sirup
eingedampft; ihr Volumen beträgt dann etwa 1,5 hl. Dieser Sirup wird anschließend
ähnlich wie das Produkt einer Zuckerfabrik weiterbehandelt und zur Kristallisation
gebracht. Man erhält schließlich 90 kg kristallisiertes Betgin.
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In gleicher Weise und mit den gleichen Mengen an Zusatzstoffen, Wasser,
Ammoniak, Säure, Natronlauge, lassen sich 2 t Melasse behandeln.