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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zuckersaft
aus zerkleinertem pflanzlichem material, beispielsweise aus Zuckerrohr, Zuckerrüben
od. dgl., und bezweckt im wesentlichen die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit bei der
Zuckersaftgewinnung.
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Es ist dafür bereits eine ganze Anzahl von verschiedenen Verfahren
bekanntgeworden, die sich in ihren Grundprinzipien wie folgt gruppieren lassen:
1. Diffusionsverfahren Bei diesem Verfahren werden die pflanzlichen Stoffe über
eine längere Zeit bei höherer Temperatur durch im Gegenstrom geführtes Wasser behandelt.
Das Wasser wird dabei durch Diffusion über die Zellwände an Zucker angereichert.
Ein entscheidender Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt in der hohen Verdünnung
der gewonnenen Zuckersaftlösung, durch die der Aufwand für den anschließenden Konzentrierungsvorgang
die Wirtschaftlichkeit der Zuckerherstellung außerordentlich belastet wird. 2. Auswaschverfahren
Wenn die festen Zellwände des pflanzlichen Materials weitgehend zerstört sind, kann
ein einfaches Auslaugen allein mit Wasser schon ausreichen, doch ergeben sich auch
nach diesem Verfahrensprinzip große Mengen an Lösungswasser, die den anschließenden
Konzentrationsvorgang ebenso belasten wie beim Diffusionsverfahren.
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3. Preßverfahren Bei diesem Verfahren wird die Masse der zerkleinerten
Materialteilchen an Sieben entlangbewegt oder in einer Filterpresse ausgepreßt.
Dieses Verfahren erlaubt zwar die direkte Gewinnung höherer Zuckersaftkonzentrationen,
jedoch auf Kosten einer ganzen Reihe anderer wirtschaftlicher Nachteile. Einerseits
ist dieses Verfahren meist nur diskontinuierlich zu gestalten und erlaubt vergleichweise
nur geringe Durchsatz- bzw. Entsaftungsleistungen, und andererseits ist der dafür
notwendige apparative Aufwand sehr hoch. Vor allem aber wird mit diesem Verfahren
auch nur ein unbefriedigender Ausnutzungsgrad erreicht, so daß ein Verlust von etwa
3 0/0 im pflanzlichen Material verbleibender Zucker entsteht. Zur Verbesserung des
Preßverfahrens hat man auch schon zusätzlich Diffusionsmaßnahmen angewendet, wodurch
aber nur Teilerfolge erzielt wurden.
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Gerade bei den zuletzt genannten Preßverfahren entsteht ein erheblicher
apparativer Aufwand bei der Zerkleinerung der pflanzlichen Stoffe bis zur Zerstörung
der einzelnen Zellen. Beim anschließenden Auspressen des Pflanzenmaterials zur Entziehung
des Saftes stellt einmal das übriggebliebene Fasergerüst dem Preßdruck einen hohen
Widerstand entgegen, und zum anderen wirken diese Fasern stark adhäsiv auf den Zuckersaft
- d. h., es bleibt Zuckersaft an den Fasern hängen -, so daß selbst bei hohem Preßdruck
allein aus dieser verbleibenden Benetzung der Pflanzenfasern ein unvermeidlicher
Ausnutzungsverlust verbleibt, der letzten Endes wieder nur durch zusätzliche Auslaugung
mit allen damit verbundenen erheblichen Nachteilen vermieden werden kann. Während
durch Pressung 80 bis 85 % des Safts gewonnen werden können, muß der Rest ausgelaugt
werden, wobei der gewonnene pflanzliche Zuckersaft mit etwa ein drittel Wasser verdünnt
ist. Aufgabe der Erfindung ist es in erster Linie, diese Nachteile des Bekannten
zu vermeiden, d. h. ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, mit konstruktiv einfachen
Mitteln und auf wirtschaftlich optimale Weise aus zerkleinertem pflanzlichem Material
direkt einen Zuckersaft zu gewinnen, dessen Konzentration sich der Saftkonzentration
in .der Pflanzenzelle merklich weiternähert als bei allen bisher bekannten Verfahren
und das auch bei demgegenüber gesteigertem Ausnutzungsgrad ungewöhnlich hohe Entsaftungsleistungen
gestattet.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren
der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem zerkleinertem
Material unverdünnter Zuckersaft zugesetzt und danach das Material in leicht zusammengepreßter
Form von unten her durch einen turmartigen Behälter hindurchgeführt wird, gleichzeitig
von oben her so viel Wasser in den Behälter eingeleitet wird, daß der vom Material
mitgeführte Saft infolge des hydrostatischen Drucks einer im Behälter über dem Saft
aufrechterhaltenen Wasserzone in einer sich darunter anschließenden Zone gestaut
wird und daß der zurückgestaute Saft unterhalb der Wasserzone aus dem Behälter abgezogen
wird.
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Eine bevorzugte Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß die sich unterhalb der Wasserzone zur Zone unverdünnten Safts hin anschließende
Zone als Konzentrationsübergangszone merklicher, aber bestimmter Länge ausgebildet
und aufrechterhalten und der zurückgestaute Saft an einer Stelle vorbestimmter Saftkonzentration
aus dem Behälter abgezogen wird.
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Darauf baut eine weitere Abwandlung auf, bei der das Material vor
Einleiten des Wassers in von oben nach unten regelbar flüssigkeitsdurchlässige Einzelbehälter
abgefüllt wird, die dann übereinander zum turmartigen Behälter zusammengefügt werden
und die über dem Saft befindliche Wasserzone und die unterhalb dieser anschließende
Zone nacheinander von oben nach unten durch die Einzelbehälter geleitet werden,
wobei der zurückgestaute Saft am unteren Ende des turmartigen Behälters abgezogen
wird.
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Das Grundprinzip des vorstehend aufgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens
beruht auf dem Austausch des in den saftgefüllten Hohlräumen des zerkleinerten Pflanzenmaterials
enthaltenen Zuckersafts mittels Verdrängung durch hineingeleitetes bzw. im Bereich
einer Stauzone hineingedrücktes Wasser. Dabei wird vor allem Sorge getragen, daß
vor der Wasserzone zum Saft hin eine bestimmte Konzentrations-Übergangszone ausgebildet
wird, deren Länge reguliert wird.
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Der technische Fortschritt der Erfindung ergibt sich mit der Anwendung
dieses Verfahrens, das es ermöglicht, die zahlreichen, zum Teil auf die beschriebene
spezifische Verhaltensweise des Zuckersafts der Zellen und der zugehörigen Pflanzenfasern
zurückzuführenden Nachteile der bekannten Verfahren wirkungsvoll zu vermeiden.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Grundprinzip läßt sich dabei sowohl
auf die Bewegung des pflanzlichen Materials gegenüber einer stationären Verdrängungssäule
aus Wasser als auch durch Fortschreiten der Front einer derartigen Verdrängungssäule
durch stationär angeordnetes Pflanzenmaterial anwenden.
Die Erfindung
wird im folgenden in verschiedenen Ausführungsformen an Hand von Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Durchflußschema einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 2 eine schematische Ansicht
einer zur Verwendung für das Verfahren gemäß F i g. 1 geeigneten Vorrichtung zur
kontinuierlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 3 einen waagerechten
Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, in vergrößertem Maßstab, und F i g.
4 eine schematische Ansicht einer für das Verfahren gemäß F i g. 1 verwendbaren
Vorrichtung für die chargenweise Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei dem in F i g. 1 schematisch dargestellten Verfahren zur Gewinnung
von Zuckersaft wird das pflanzliche Material in bekannter Weise zunächst weitgehend
zerkleinert, so daß der Inhalt der pflanzlichen Zellen, beim Zuckerrohr insbesondere
der Inhalt der großen Vorratszellen im Parenchym, frei zugänglich wird. Da in dieser
verkleinerten Form innerhalb des Materials noch eine Reihe von Hohlräumen und Poren
verbleibt, die nicht mit pflanzlichen Zuckersaft, sondern mit Luft gefüllt sind,
wird sodann zusätzlicher Zuckersaft hinzugefügt, bis auch diese Hohlräume unter
Flüssigkeit stehen. Zur Erleichterung eines Weitertransports des pflanzlichen Materials
sowie auch zur Verringerung des Anteils an Zuckersaft gefüllten Räumen in der zu
behandelnden Masse wird diese sodann verdichtet, wobei diese Verdichtung jedoch
nicht die bei den bekannten Preßverfahren anzuwendenden hohen Drücke zu haben braucht.
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Dann wird das mit Saft angereicherte und verdichtete pflanzliche Material
von unten in einen turmartigen Behälter eingeführt, in den von oben her Wasser zugegeben
und eine Wassersäule bzw. Wasserzone von gegenüber dem Zuckersaft geringerer Dichte
aufrechterhalten wird. Bei einer Relativbewegung dieser Wassersäule und dem verdichteten
pflanzlichen Material gegeneinander wird der pflanzliche Zuckersaft aus den Zwischenräumen
zwischen dem festen pflanzlichen Material durch das Vordringen des Wassers herausgedrängt
und infolge des hydrostatischen Drucks der Wassersäule zurückgestaut. Der zurückgestaute
praktisch unverdünnte Zuckersaft wird dann unten abgezogen, während dem turmartigen
Behälter von oben her entsprechend Wasser zugegeben wird. Das entsaftete, mit Verdrängungswasser
aufgefüllte pflanzliche Material wird oberhalb der Wasserzone ausgetragen.
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Dieser sich an diese ersten Stufen des Verfahrens anschließende eigentliche
Entsaftungsprozeß beruht auf dem Grundprinzip der Verdrängung einer Flüssigkeit
durch eine andere, innerhalb eines Raumes, wobei insbesondere berücksichtigt ist,
daß als Verdrängungsflüssigkeit aus wirtschaftlichen Erwägungen hauptsächlich Wasser
zur Verwendung kommt und daß der Zuckersaft eine wäßrige Zuckerlösung ist.
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Es ist allerdings auch die Verwendung anderer Verdrängungsflüssigkeiten
als Wasser denkbar, wobei aber die Möglichkeit einer eventuellen Verunreinigung
des pflanzlichen Zuckersafts zu berücksichtigen ist. Möglich wäre ein unschädlicher
Zusatz zum Wasser, durch den dessen Benetzungsfähigkeit erhöht und die Verdrängung
des an den Pflanzenfasern haftenden Zuckersafts zusätzlich erleichtert wird. Bei
der Verwendung von Gasen aber, z. B. Luft als Verdrängungsmedium, könnte der an
den Pflanzenfasern anhaftende Saft nicht ausreichend erfaßt werden.
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Wasser als Verdrängungsflüssigkeit ist jedoch mit der zu verdrängenden
pflanzlichen Zuckersaftlösung vollständig miteinander mischbar. Es müssen daher
Maßnahmen getroffen werden, um eine Vermischung des Verdrängungswassers mit dem
pflanzlichen Zuckersaft zu vermeiden bzw. so gering wie möglich zu halten. Eine
derartige Vermischung kann durch Diffusion oder durch Durchwirbelung erfolgen.
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Eine derartige Maßnahme ist darin zu sehen, daß zwischen dem über
der Saftzone aufgebrachten und. aufrechterhaltenen Wassersäule und der darunterliegenden
Saftzone eine Konzentrations-übergangszone ausgebildet wird, die eine mehr oder
weniger große Länge besitzt, letzten Endes aber praktisch doch begrenzt ist, und
zwar zwischen ihrer zur Wassersäule hin liegenden Seite mit der Konzentration des
praktisch reinen Wassers und ihrer Saftseite mit der Konzentration des pflanzlichen
Zuckersafts.
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Die Ausbildung der Länge dieser übergangszone bzw. die Durchmischung
zwischen der Saft- und der Wasserzone hängt von einer Reihe von Faktoren ab, die
sich aber als mehr oder weniger beeinflußbar erwiesen haben, so daß beispielsweise
durch Wirbelungen und Grenzflächendiffusion entstehende Vermischungen auf ein niedrigst
mögliches praktisch unvermeidbares Maß reduziert werden können. Voraussetzung dieses
Verfahrens ist also die Steuerung und Aufrechterhaltung der Länge dieser vor der
Wasserzone liegenden übergangszone, die anfänglich sehr gering ist und auch im weiteren
Ablauf des Verfahrens eine bestimmte apparativ praktisch handzuhabende Länge nicht
überschreiten soll. Bei der Verdrängung des Safts aus den Zwischenräumen zwischen
dem festen pflanzlichen Material wird also der Saft zunächst durch die Flüssigkeit
der übergangszone, und zwar mit fallender Saftkonzentration und erst dann durch
das reine Wasser verdrängt. Damit ist der entscheidende Vorteil verbunden, daß die
Diffusion zwischen den Konzentrationen der Saft-und der Wasserzone durch einen niedrigen
Konzentrationsgradienten gehemmt ist und daß vor allem auch die maßgeblicheren Durchwirbelungen,
soweit sie in örtlich geringer Ausdehnung gehalten werden, nur Zwischenzonen geringer
Konzentrationsunterschiede erfassen können.
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Eine der Maßnahmen zur Vermeidung der Durchmischung der beiden Endkonzentrationen
liegt in der bereits angeführten Ansättigung des zerkleinerten pflanzlichen Materials
mit zusätzlichem unverdünntem Zuckersaft. Dadurch werden, zweckmäßigerweise unter
Durchrührung, alle Hohlräume in der Masse des pflanzlichen Materials mit Flüssigkeit
ausgefüllt, so daß eventuelle Lufthohlräume bzw. daraus entweichende und die Durchmischung
begünstigende Luftblasen auch in einzelnen Poren vermieden werden. Außerdem könnten
derartige Lufthohlräume das ungehemmte und gleichmäßige Durchtreten des Verdrängungswassers
durch alle Hohlräume in der Masse des pflanzlichen Materials behindern.
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Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung über die Bildung dieser übergangszone
hinausgehender unerwünschter Durchmischung liegt in der Art der Verdichtung des
zuvor angesättigten pflanzlichen Materials
vor der Entsaftung.
Diese Verdichtung muß über den Querschnitt der Masse aus pflanzlichem Material möglichst
gleichmäßig erfolgen, damit auch ein optimal gleichmäßiger Widerstand und eine gleichmäßige,
aber möglichst frei fließende Ausbildung der Verdrängungsfronten gewährleistet ist,
die durch ungleichförmigen Widerstand über den Querschnitt des fortschreitenden
pflanzlichen Materials zum Teil voreilen, zum Teil zurückbleiben bzw. ungleichförmige
Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen würde, durch die wiederum eine Durchwirbelung
begünstigt würde.
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Da sich das zerkleinerte pflanzliche Material in aufgelockerter Form
in der Regel leichter ansättigen läßt, wird dieser Sättigungsschritt im allgemeinen
vor dem Verdichtungsschritt vorgenommen. Dabei kann es von Vorteil sein, daß das
Material zwecks Sättigung .in einem Behälter vorübergehend gelagert wird. Von besonderem
Vorteil ist es, die Verdichtung so zu führen, daß die festen Materialteilchen einen
zusammenhängenden mattenähnlichen Körper bilden.
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Zur Vermeidung einer Durchmischung der Wasser-und der Saftzone wird
zudem möglichst kaltes Verdrängungswasser verwendet, das zudem möglichst wirbelfrei
zugeführt wird. Auch wird die Bewegung des pflanzlichen Materials durch den Behälter
möglichst gleichmäßig und zügig durchgeführt. Außerdem wird die Lage der zur Erzeugung
eines hydrostatischen Drucks eine erforderliche Höhe aufweisenden Wassersäule innerhalb
des Behälters möglichst unveränderlich gehalten. Damit wird auch eine gleichmäßige
Konzentration des abgezogenen Safts und ein ebenso gleichmäßiger Entsaftungsgrad
gewährleistet.
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Soweit sich eine gewisse ständige Durchmischung von Saft und Wasser
nicht vermeiden läßt, würde sich eine geringe, aber doch laufende Verlängerung der
übergangszone ergeben. Daher kann es notwendig werden, diese durch von Zeit zu Zeit
durchgeführte Saftentnahmen aus d:._ übergangszone wieder auf eine gewünschte Länge
zu verkürzen. Ebenso kann aber auch eine entsprechend geringe, aber kontinuierliche
Entnahme aus der übergangszone zur Steuerung der Länge dieser Zone dienen bzw. die
Saftentnahme an einer Stelle etwas verdünnter Konzentration aus der übergangszone
erfolgen.
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Da die übergangszone bei gegebenen Konzentrationen der anliegenden
Wasser- und Saftzone statt durch ihre Länge auch durch ihr Konzentrationsgefälle
definiert werden kann, könnte die Saftzone auch nur eine theoretisch vorhandene
Abmessung besitzen bzw. von vornherein eine bereits etwas verdünnte Konzentration
besitzen.
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Eine Ausführungsform des vorstehend angeführten grundlegenden Verfahrens
ist in F i g. 2 dargestellt. In dieser Vorrichtung ist es möglich, das Verfahren
kontinuierlich zu betreiben. In dieser Vorrichtung wird das pflanzliche Material
mit Hilfe zweier gegenüberliegender Förderbänder 2 und 5 einen turmartigen Behälter
1 hinaufbefördert, wobei die beiden Förderbänder 2 und 5 zugleich derart zueinander
angeordnet sind, daß durch sie auch die Verdichtung des pflanzlichen Materials zu
Beginn des Verfahrens bewirkt wird. Das Förderband 2 fördert das pflanzliche Material
aus einem Sättigungsbehälter 3 in die Eintrittsöffnung der Vorrichtung und in den
Bereich des zweiten Förderbands 5. Zwischen der Stützrolle 4 des Förderbands 5 und
dem darunterliegenden Abschnitt des Förderbands 2 sowie der Endrolle des Förderbands
2 wird das pflanzliche Material entweder durch das Gewicht der Stützrolle
4 oder aber durch mechanischen Andruck verdichtet.
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Die Sättigung erfolgt entweder im Sättigungsbehälter 3 oder kurz bevor
das pflanzliche Material verdichtet wird. In der dargestellten Vorrichtung kann
aber auch der im turmartigen Behälter zurückgestaute Zuckersaft in einen Sumpf 6
bzw. in das eingetragene pflanzliche Material zurückgedrückt und erst daraus abgezogen
werden, so daß der zurückgestaute Zuckersaft selbst die Sättigung bewirkt. Diese
Sättigung erfolgt dann auch nach der Verdichtung.
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Der turmartige Behälter 1 ist an seinem oberen Ende 7 offen und geht
an seinem unteren Ende 8 in den vom zurückgestauten Zuckersaft gebildeten Sumpf
6 über. Der turmartige Behälter 1 ist praktisch senkrecht angeordnet und besitzt
in seinem senkrechten Verdrängungsram 9 einen Querschnitt, der dem Querschnitt der
vorstehend beschriebenen Verdichtung entspricht, so daß das durch die Förderbänder
2 und 5 durch diesen turmartigen Behälter geführte, mattenartig verdichtete Material
den Querschnitt des turmartigen Behälters 1 vollständig ausfüllt. Dieser Querschnitt
ist vorzugsweise rechteckig und wird durch seitliche Wände 10 und 12 (F i g.
3)
festgelegt. Die Förderbänder 2 und 5 werden mit ihren aufwärts laufenden
Fördertrums 11 von den Seitenwänden 12 abgestützt, wobei diese Trums zur Vermeidung
von Spalten und Zwischenräumen direkt auf den seitlichen Wänden 12 gleiten.
Damit kein Schlupf zwischen der verdichteten Matte aus pflanzlichem Material und
den Förderbändern 2 und 5 entsteht, sind diese auf ihrer nach innen gerichteten
Seite mit Haken, Klauen od. dgl. greifbaren Greifzähnen versehen, die den Stoff
unter behutsamer Vermeidung einer Durchrührung der im Verdrängungsraum enthaltenen
Flüssigkeit voranbewegen. Am oberen Ende 7 des eigentlichen Verdrängungsraums 9
wird das durch Wasserverdrängung entsaftete pflanzliche Material ausgetragen. Die
Wasserzugabe erfolgt am oberen Ende des turmartigen Behälters 1 durch die Wassereinlaßöffnungen
14, und zwar vorzugsweise in einer Menge, daß dieser Bereich völlig durchwässert
gehalten wird.
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Vom unteren Ende 8 des turmartigen Behälters 1 wird das angesättigte
und vorverdichtete pflanzliche Material in zu einer zusammenhängenden Matte gleichmäßig
verdichteter Form in ständiger Bewegung eingebracht, so daß einem eventuellen Abfließen
der Flüssigkeitssäulen im Verdrängungsraum 9 nach unten ein ausreichender Widerstand
entgegengesetzt wird, der sich praktisch wie eine Bodenfläche auswirkt. Die vorherige
Sättigung des Materials mit zusätzlichem Zuckersaft gewährleistet zudem einen gleichmäßigen
Flüssigkeitswiderstand.
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Die Verdrängung des Zuckersafts durch die übergangszone und die Wasserzone
erfolgt dann bei der Durchleitung des pflanzlichen Materials durch den Verdrängungsraum
9 in der grundsätzlich beschriebenen Weise.
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Das Abziehen des zurückgestauten Safts erfolgt über den Saftauslaß
15 am unteren Ende 8 des turmartigen Behälters 1. Wenn der Zuckersaft gänzlich unverdünnt
abgezogen werden soll, muß die Konzentrations-übergangszone im Bereich über dem
Saftauslaß 15 und den Wassereinlaßöffnungen 14 gehalten werden. Zur Erhöhung des
hydrostatischen
Drucks der über der Saftzone liegenden Wassersäule
kann auf diesen Wassereinlaß auch ein gewisser zusätzlicher Druck ausgeübt werden,
während andererseits auch am Saftauslaß ein Unterdruck aufrechterhalten werden kann.
Durch diese Beeinflussungsmöglichkeit der Flüssigkeitssäule besteht beispielsweise
die Möglichkeit, die Lage der Konzentrationsübergangszone innerhalb des turmartigen
Behälters 1 zu regulieren. Die Lage dieser Übergangszone wird im übrigen auch durch
die Relativgeschwindigkeit des geförderten pflanzlichen Materials zur Front der
Wassersäule beeinflußt. Zur Vermeidung schädlicher Durchwirbelung muß die Lage der
Front der Wassersäule bzw. .der davorliegenden Konzentrations-Übergangszone innerhalb
des turmartigen Behälters möglichst konstant gehalten werden, anderenfalls kann
es außer der zu vermeidenden Durchwirbelung auch zu einem Druckverlust und damit
zu einer unvollständigen Verdrängung des Safts kommen.
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Selbst wenn es auch aus mancherlei praktischen Gründen nicht immer
.gelingen sollte, diese vorstehenden optimal anzustrebenden Bedingungen zu gewährleisten,
so bleibt der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem bisher üblichen doch in wirtschaftlich
maßgeblicher Höhe gewährleistet. Das trifft selbst dann zu, wenn das Verfahren so
geführt wird, daß entweder an den Wassereinlaßöffnungen 14 oder am Saftauslaß
15 noch gewisse Durchmischungskonzentrationen vorliegen würden. Insbesondere ist
eine derartige Verfahrensführung in der Form denkbar, daß die Konzentrations-übergangszone
zwar nicht die Wassereinlaßöffnungen 14 erreicht, wohl aber die Höhe .des Saftauslasses
15 unterschreitet, so daß ein auch teilweise verdünnter Zuckersaft gewonnen wird.
Diese Vorteile des Verfahrens finden erst dort ihre Grenze, wo die Verdünnung des
Safts die Größenordnung der bekannten Verfahren erreicht.
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Während die Konzentrations-Übergangszone beim Verfahren in dieser
Vorrichtung zu Anfang außerordentlich klein ist, so kann sie doch mit Fortdauer
des Betreibens dieser Vorrichtung durch unvermeidliche Diffusionsvorgänge und Durchmischung
ständig ansteigen. Wenn aber die jegliche Wirbelung begünstigende Faktoren auf ihr
jeweils unvermeidlich niedrigstes Mindestmaß gebracht werden, ist die Geschwindigkeit
des Anwachsens dieser Konzentrationsübergangszone verhältnismäßig niedrig. Da zudem
auch mit steigender Länge dieser Übergangszone der Konzentrationsgradient und damit
auch die Diffusion geringer wird, können sich durch eventuelle Luftblasen, mechanisches
Umrühren und dergleichen Einflüsse entstehende Durchrührungen nur wenig auswirken.
Der Einfluß der Diffusion kann auch durch Verwendung einer entsprechend niedrigen
Temperatur des Verdrängungswassers vermindert werden. Daher wird der Verdrängungsraum
9 auch nicht geheizt. Zur Vermeidung der Diffusionen ist auch eine zügige Durchsatzbewegung
des pflanzlichen Materials von Vorteil. Die Konstruktion der in F i g.1 dargestellten
Vorrichtung ist auf die Vermeidung jeglicher Turbulenzeinflüsse peinlich genau abgestellt,
wozu auch die wirbelfreie Zuführung von Wasser durch die Wassereinlaßöffnungen 14,
beispielsweise über ein Sieb gehört.
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Das eingangs grundlegend dargestellte Verfahrensprinzip läßt sich
auch mit Hilfe eines diskontinuierlichen bzw. chargeweisen Verfahrens verwirklichen.
Ein derartiges Verfahren ist in F i g. 4 dargestellt. Bei der Vorrichtung für dieses
Verfahren besteht der turmartige Behälter 16 aus einer Anzahl einzelner übereinander
aufgesetzter Einzelbehälter 16 a bis 16 d, in die das pflanzliche Material chargenweise
eingefüllt wird. Diese Einzelbehälter gestatten einen Flüssigkeitsdrucktritt von
oben nach unten, da sie einerseits an ihrem oberen Ende offen sind, während sie
andererseits an ihrem Boden 17 durch eine mit einem Ventil versehene Ablaßöffnung
20 abgeschlossen sind. Zur Vermeidung eines Verstopfens der Auslaßöffnung
20 wird das pflanzliche Material von einem Sieb 19 getragen. Die Einzelbehälter
16 a bis 16 d werden nach Auffüllen durch verdichtetes und artgesättigtes pflanzliches
Material durch Ineinandergreifen jeweils ihrer Böden 17 und ihrer oberen öffnungen
18 zum turmartigen Behälter 16 zusammengefügt.
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burch sodann auf den obersten Behälter aufgegebenes Wasser und öffnen
der Ventile der Ablaßöffnungen 20 wird der zwischen dem festen pflanzlichen
Material angefüllte Zuckersaft auf die vorstehend beschriebene Weise verdrängt.
In dieser Ausführungsform des Verfahrens bewegt sich die Front des auf den obersten
Einzelbehälter des turmartigen Behälters aufgegebenen Verdrängungswassers durch
das stationär gehaltene pflanzliche Material.
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Durch jeweiliges Untersetzen ständig neuer Einzelbehälter 16 b unter
den aus den Einzelbehältern 16 a bis 16 b zusammengesetzten turmartigem Behälter
16 am Emporschieben der darüber befindlichen Einzelbehälter .sowie entsprechendes
Abnehmen des jeweils obersten und durch Wasserverdrängung entsafteten Einzelbehälters
kann dieses Verfahren aber auch praktisch kontinuierlich geführt werden. Durch Regulierung
der Durchflußgeschwindigkeit der Verdrängungswassersäule bzw. der davor ausgebildeten
Konzentrations-übergangszone relativ zur Aufwärtsbewegung des in den Einzelbehältern
enthaltenen pflanzlichen Materials können die Relativbewegungen sehr genau gesteuert
werden.
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Bei diesem Verfahren kann die Regelung der Länge der Konzentrations-übergangszone
auch dadurch erfolgen, daß zwischenzeitlich der Durchfluß der Flüssigkeitssäule
durch Absperrung des Ventils einer Ablaßöffnung 20 gestoppt wird und einer
oder mehrere Einzelbehälter aus dem Bereich der Konzentrationsübergangszone herausgenommen
werden. Andererseits kann bei einer Vergrößerung des Bereichs der Übergangszone
die Anzahl der übereinander angeordneten Einzelbehälter 16 a bis 16
b und damit die Länge des turmartigen Behälters 16 praktisch beliebig vergrößert
werden. Ebenso ist es natürlich auch möglich, lediglich einen Saftanteil aus dem
Bereich der Konzentrations-übergangszone abzuziehen.
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Im praktischen Betrieb wird die Konzentrations-Übergangszone immer
eine derartig merkliche Länge besitzen, daß ihre Lage innerhalb des turmartigen
Behälters 16 durch Probenmessung genau ermittelt werden kann. Die Konzentrations-übergangszone
kann im praktischen Betrieb beispielsweise sogar 3 bis 4 m betragen. Die Verdichtung
bei Zuckerrohr kann beispielsweise auf etwa zwei Drittel bis die Hälfte des unverdichteten
Volumens erfolgen, so daß das gleichmäßig verdichtete Fasermaterial ein spezifisches
Gewicht von 64 bis 112 kg/m3 in bezug auf das Trockengewicht hat, wobei ein Druck
von 200 bis 600 g/cm2 auf das artgesättigte pflanzliche Material
erforderlich
ist. -Je nach dem vom Verdrängungswasser ausgeübten Druck ist seine Durchsatzgeschwindigkeit
durch das zerkleinerte pflanzliche Material umgekehrt proportional der Dichte des
Materials und liegt etwa im Bereich von ,5 bis 25 cm/min. Daraus ist ersichtlich,
daß es keine weiteren Schwierigkeiten bereitet, beim kontinuierlichen Verfahren
die Lage der Flüssigkeitssäule und insbesondere der Front der Wasserverdrängungssäule
im turmartigen Behälter konstant zu halten. Die erreichbare Durchsatzkapazität ist
umgekehrt proportional der Querschnittsfläche der Matte aus pflanzjiQhem Material.
Beispielsweise ist für eine stündliche burchsatzleistung von 907 kg zerkleinertem
Zuckerrohr bei einer relativen Durchsatzgeschwindigkeit von 1,2 bis 3,0 m/min ein
Mattenquerschnitt von etwa 3716 bis 929 cm2 erforderlich. Als weitere Beeinflussungsmöglichkeiten
können in gewissem Maße auch die Veränderung des Aufstellungswinkels des turmartigen
Behälters, des Wassereinlaßdrucks und Jie Variation des Vorverdichtungsdrucks bzw.
der Bewegungsgeschwindigkeit des mattenartig verdichteten pflanzlichen Materials
dienen.
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Da das Konzentrationsgefälle der Konzentrations-Übergangszone bekannt
ist, reicht zur Messung der richtigen Lage der Flüssigkeitssäulen innerhalb des
turmartigen Behälters meist eine einzige, auch elektrisch erfaßbare Meßstelle aus.
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Das in beiden vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
des grundsätzlichen Verfahrens jeweils am oberen Ende des turmartigen Behälters
1 bzw. 16 ausgetragene, durch Wasserverdrängung entsaftete pflanzliche Material
kann anschließend zwischen Walzen oder einer ähnlichen Vorrichtung entwässert werden
und als Nebenprodukt weitere Verwendung finden.