DE1567334C3 - Verfahren zur Gewinnung von Dextrose-Hydrat durch Kristallisation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Dextrose-Hydrat durch isotherme Kristallisation bei einer Temperatur von 20 bis 55⁰C aus bewegten, wäßrigen D-Glucose-Lösungen bzw. Dicksaft, wobei in einer ersten Stufe aus einer übersättigten Lösung eine Saatknstallbildung erfolgt und in einer zweiten Stufe ein gesteuertes Kristallwachstum vorgenommen wird, um die Saatkristalle weiterwachsen zu lassen, ohne daß sich im wesentlichen neue Kristalle bilden.

Das übliche Verfahren zur Gewinnung von Dextrose-Hydrat durch Kristallisation besteht darin, daß 20 bis 30% der Füllmasse einer vorhergehenden Kristallisation in Form eines Kristallbreis als Saat für die folgende Kristallisation verwendet werden. Der Kristallisator wird innerhalb kurzer Zeit mit Dicksaft aufgefüllt. Die Temperatur des Dicksaftes beträgt 40 bis 60⁰C, die Temperatur der Mischung 35 bis 55° C, die Temperatur der Füllmasse am Ende der Kristallisation 20 bis 35° C. Das Gemisch wird so lange bei der Mischtemperatur gehalten, bis ein Teil der Dextrose auskristallisiert und damit die zu Beginn sehr hohe Übersättigung abgebaut ist. Anschließend wird die Füllmasse im Kristallisator auf die Schleudertempetatur abgekühlt. Dabei kristallisiert ein weiterer Teil der Dextrose aus. Es handelt sich hierbei also um einen in einem Zug bei stetig fallender Temperatur und in einem Gefäß durchgeführten Kristallisationsprozeß.

Selbst bei guter Durchmischung von Dicksaft und Kristallbrei ist die Übersättigung zu Beginn der Kristallisation so hoch, daß nicht nur die vorhandenen Kristalle weiterwachsen, sondern daß sich daneben auch neue, sehr kleine Kristalle bilden.

Diese entstehen oft in so großer Zahl, daß nicht genügend D-Glucose in Lösung zur Verfügung steht, um die Dextrose-Kristalle bis zum Ende der Kristallisation zu einer gewünschten Größe wachsen zu lassen. Die Füllmassen setzen sich daher aus Kristallen sehr unterschiedlicher Größe zusammen und sind infolgeds. sen häufig schlecht zentrifugierbar. Große Krista erleichtern aber die Zentrifugenarbeit, weil die schei bare Viskosität der Füllmassen, die sich aus groß Kristallen zusammensetzen, geringer ist als die solchi. die nur kleine Kristalle oder Kristalle sehr unterschied eher Größe enthalten. Je größer die Kristalle sind, des kleiner.ist deren Oberfläche je Gewichtseinheit. Zu Auswaschen der Mutterlauge wird weniger WaschwE

ίο ser benötigt, wodurch sich die Ausbeuteverlus verringern, die durch Auflösen von Kristallen bei Zentrifugieren entstehen.

Aus der DT-PS 6 40 680 ist bereits eine zweistufi Kristallisation bekannt; bei dieser Arbeitsweise wi jedoch nicht isotherm gearbeitet. Weiterhin ist aus ei DT-PS 21401 ein Verfahren zur Raffination u; Kristallisation von wasserfreiem Traubenzucker bz Dextroseanhydrid beschrieben, dieses Verfahren ve läuft jedoch einstufig und nicht isotherm, lsothern Kristallisationsverfahren sind aus Ulimann, Enz klopädie der technischen Chemie (1932), Bd. 9, S. 6( und aus Houben — Weyl, »Methoden der orgar sehen Chemie« (1958), Bd. I, Teil 1, S. 347, bekannt. I einzelne gehende Angaben über die Durchführung ui Steuerung ergeben sich hieraus nicht. Aus der DT-I 5 34 189 ist ein Verfahren zur Gewinnung v< Dextrose-Hydrat durch isotherme Kristallisation a bewegten, konzentrierten, wäßrigen D-Glucose-Lösu gen bekannt, bei welchem in einer ersten Stufe eil gesteuerte Saatkristallerzeugung und in einer zweit; Stufe ein gesteuertes Kristallwachstum vorgenommi wird. Hierbei erfolgt die Wasserentziehung jede, durch Verdampfung (im Vakuum).

In der US-PS 32 57 665 ist das Verfahren gern; DT-PS 5 34 189 so abgewandelt, daß es kontinuierli durchgeführt werden kann.

Außerdem betreffen die beiden zuletzt genannn Druckschriften in erster Linie die Herstellung v< Dextroseanhydridkristallen.

- Überraschenderweise wurde nun gefunden, d Dextrose-Hydrat durch isotherme Kristallisation oh Anwendung von Vakuum durch Einhaltung ga spezifischer Bedingungen hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet si dadurch aus, daß in der ersten Stufe aus ein übersättigten wäßrigen D-Glucose-Lösung bzw. Die saft mit einem Trockensubstanzgehalt von 60 bis 85" Saatkristalle von 0,03 bis 0,1 mm Länge erzeugt werd< und dann in der zweiten Stufe zu dem Saatkristallbi übersättigte D-Glucose-Lösung bzw. Dicksaft d gleichen Temperatur und mit dem gleichen Trockensu stanzgehalt mit einer solchen Zugabegeschwindigk· gegeben wird, daß im wesentlichen nur die Saatkrista weiterwachsen, ohne daß sich neue Kristalle bilden.

Wenn man erfindungsgemäß die Kristallisation steuert, daß möglichst große Kristalle entstehen, wi man unter sonst gleichen Voraussetzungen bei gleich Kristallausbeute zu einem Produkt höherer Reinh gelangen. Kristalle einheitlicher Größe kann m erzeugen, wenn man eine bestimmte Anzahl ν Saatkristallen einsetzt und durch Einhalten der optin len Übersättigung während des Kristallisationsprozc ses dafür sorgt, daß nur diese Kristalle weiterwachs< ohne daß sich spontan und unkontrollierbar ne Kristalle bilden. Je weniger Saatkristalle eingese werden, desto größer sind die Kristalle im Endproduk Die beiden Verfahrensstufen der Erfindung were im folgenden näher erläutert.

1. Saatkristallerzeugung

Zur Erzeugung von Saatkristallen bringt man eine übersättigte D-GIucose-Lösung bzw. Dicksaft mit einem Trockensubstanzgehalt von 60 bis 85% im Temperaturbereich von 20 bis 55° C bei gleichbleibender Temperatur zur spontanen Kristallisation. Die Kristallisation kann durch Animpfen mit Dextrose-Hydrat-Kristallen oder mit Dextrose-Hydrat-Kristallen enthaltender Füllmasse ausgelöst werden. Es entstehen zuerst lange Kristallblättchen, die unter dem Mikroskop als Nadeln erscheinen. Wenn die Masse gerührt wird, wandeln sich diese innerhalb von 10 bis 20 Stunden in sechseckige Kristalle um, die fast so breit wie lang sind.

Wenn man die Kristallisation an dieser Stelle bis zur Gleichgewichtseinstellung fortsetzen würde, so würde man einen dicken, nicht mehr förderbaren Kristallbrei erhalten. Erfindungsgemäß wird, ehe die Masse fest wird, kontinuierlich Dicksaft zugegeben. Die Zugabegeschwindigkeit richtet sich nach der Kristallisationsgeschwindigkeit. Die Übersättigung der Mutterlauge des Kristallbreies darf-nur so hoch sein, daß die zu Beginn des Prozesses spontan gebildeten Kristalle weiterwachsen, ohne daß sich neue Kristalle bilden. Wenn die Saatkristalle eine Länge von 0,03 bis 0,1 mm erreicht haben, ist die Masse für die zweite Stufe des Prozesses, das Kristallwachstum, geeignet.

Die Saatkristallbildung wird isotherm bei der Temperatur des anschließenden Kristallwachstums durchgeführt. Die Saatkristallbildung wird zweckmäßigerweise in einem getrennten Behälter vorgenommen. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese in dem Kristallisator selbst durchzuführen. Die geringen Dicksaftmengen — 0,5 bis 3%, bezogen auf das Volumen des Kristallisators· —, die zur Spontankristallisation benötigt werden, sind allerdings schlecht zu handhaben. Außerdem hat diese Arbeitsweise den Nachteil, daß der Kristallisator während der Saatkristallbildung, also 15 bis 24 Stunden, fast leer steht. Die Durchsatzkapazität, bezogen auf den vorhandenen Kristallisationsraum, ist größer, wenn man die Saatkristallbildung in einem getrennten Behälter vornimmt und von diesem aus die Kristallisatoren, in denen das Kristallwachstum stattfindet, mit der optimalen Saatkristallmenge beschickt.

2. Kristallwachstum

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In dieser Stufe des Prozesses sollen nur die Saatkristalle weiterwachsen, ohne daß sich Kristalle neu bilden. *

Es werden 3 bis 15 Volumprozent Saatkristallbrei, bezogen auf das Volumen der Füllmasse nach Beendigung der Dicksaftzugabe, eingesetzt. Die einzusetzende Menge hängt davon ab, welche Kristallgröße im Endprodukt gewünscht wird. Die Kristallisatoren werden innerhalb von 10 bis 24 Stunden durch kontinuierliche Zugabe von Dicksaft gefüllt. Dabei wird die Temperatur in der Füllmasse im zuvor genannten Temperaturbereich von 20 bis 55°C konstant gehalten und hierzu übersättigte D-GIucose- Lösung bzw. Dicksaft der gleichen Temperatur und mit dem gleichen Trockensubstanzgehalt zugegeben. Dazu ist es erforderlich, den Dicksaft auf die Kristallisationstemperatur abzukühlen und die Kristallisationswärme durch einen den Kristallisator umgebenden Kühlmantel abzuführen.

Die Zugabegeschwindigkeit des Dicksaftes wird so geregelt, daß eine optimale Sättigung in der Mutterlauge aufrechterhalten wird. Damit die Kristallisationsgeschwindigkeit hoch ist, muß die Übersättigung groß sein.

Diese darf aber einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst eine · unkontrollierte spontane Neubildung von Kristallen eintritt.

Während der Kristallisation muß durch gute Durchmischung für einen schnellen Stoffaustausch zwischen der Kristalloberfläche und der übersättigten Mutterlauge gesorgt werden. Die Rührelemente müssen so ausgebildet sein, daß eine intensive Durchmischung erreicht wird, aber keine Kornzerstörung stattfindet. Zur Kontrolle der Übersättigung während des Prozesses genügt die refraktometrische Bestimmung des Trockensubstanz-Gehaltes der Mutterlauge, was auch ohne vorherige Abtrennung der Kristalle erfolgen kann.

Nach Beendigung der Dicksaft-Zugabe wird die Füllmasse bei konstanter Temperatur so lange gerührt, bis die Übersättigung vollständig abgebaut ist, die dafür benötigte Zeit ist vor der Größe der Kristalle abhängig und liegt zwischen 10 und 24 Stunden. Wird z.B. die isotherme Kristallisation bei 30⁰C durchgeführt, so lassen sich 50 bis 60% der im Dicksaft vorhandenen D-Glucose auskristallisieren. Die dabei anfallende Mutterlauge ist für eine Zweitkristallisation gut geeignet.

Durch Variation der Dicksaftkonzentration oder der Kristallisationstemperatur läßt sich die Ausbeute bei der isothermen Kristallisation den betrieblichen Erfordernissen anpassen.

Das neue zweistufige Verfahren zur Gewinnung von Dextrose-Hydrat durch Kristallisation weist verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:

Dem Kristallisationsprozeß werden so viel Saatkristalle zugeführt, wie nötig sind, um die gewünschte Kristallgröße im Endprodukt zu erreichen. Die Kristallisatoren werden jedesmal leer geschleudert, wodurch ihre Durchsatzkapazität erhöht wird. Ferner wird die Übertragung einer eventuellen bakteriellen Infektion auf die nächste Charge durch Rücknahme von Kristallbrei vermieden. Auch läßt sich während der Stufe des Kristallwachstums durch Regelung der Zugabegeschwindigkeit des Dicksaftes eine optimale Übersättigung einhalten und so eine unerwünschte Feinkornbildung vermeiden. Die Füllmassen enthalten Kristalle einheitlicher Größe. Diese kann durch Variation der Saatkristallmenge beeinflußt werden. Die einheitliche Kristallgröße erleichtert die Zentrifugenarbeit.

Dadurch, daß das Kristallwachstum isotherm durchgeführt wird, entfällt die schwierig zu beherrschende Temperaturführung. Es muß lediglich für Abführung der Kristallisationswärme gesorgt werden. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmantel und der Füllmasse ist gering, wodurch Kristalj-Anwachsungen an den Kühlflächen vermieden werden.

Durch Änderung der Kristallisationstemperatur und der Konzentration des Dicksaftes läßt sich der Prozeß den betrieblichen Erfordernissen anpassen. Wenn sehr hohe Kristallausbeuten in der Erstkristallisation erforderlich sind, läßt sich der isotherme mit einem temperaturgesteuerten Prozeß kombinieren.

Beispiel 1

Isotherme Saatkristallbildung unter Verwendung von Füllmasse (Stufe I)

Zu 20 Volumprozent Dextrose-Hydrat-Kristalle enthaltender Füllmasse einer vorhergehenden Kristallisation werden bei 30⁰C innerhalb kurzer Zeit unter Rühren 80 Volumprozent Dicksaft mit einem Trocken-

substanzgehalt von etwa 70% und etwa 88% D-GIucose i. TS gegeben. Der Dicksaft wird während der Zugabe auf die Temperatur der Füllmasse von 30° C gekühlt. Innerhalb von 2 bis 5 Stunden bilden sich feine nadeiförmige Kristalle. Sie wandeln sich innerhalb von 15 bis 20 Stunden in sechseckige Kristallblättchen um, die fast so breit wie lang sind. Die Länge beträgt 0,02 bis 0,08 mm. Diese Kristalle sind als Saatkristalle gut geeignet.

Isotherme Saatkristallbildung unter Verwendung von Impfkristallen (Stufe II)

Ein Teil Dicksaft mit einem Trockensubstanz-Gehalt von etwa 70% und 88% D-Glucose i.TS wird bei 30°C unter Rühren mit 0,05 bis 0,1% staubfeiner Dextrose angeimpft. Innerhalb von 3 bis 5 Stunden bilden sich kleine nadeiförmige Kristalle. Wenn der refraktometrisch bestimmte TS-Gehalt in der Mutterlauge des Kristallbreis 61 bis 64° Bx beträgt, wird kontinuierlich weiter Dicksaft zugegeben. Die Zugabegeschwindigkeit wird so geregelt, daß 63 bis 64° Bx in der Mutterlauge nicht überschritten werden, da sonst die Gefahr erneuter Feinkornbildung besteht. Wenn weitere 4 Teile Dicksaft zugegeben sind, haben sich die nadeiförmigen Kristalle in sechseckige Blättchen umgewandelt, die fast so breit wie lang sind. Die Länge beträgt 0,02 bis 0,08 mm. Diese Kristalle sind für die zweite Stufe des Prozesses, das Kristallwachstum, gut geeignet.

Beispiel 2
Isotherme Kristallisation

201 einer gemäß Beispiel 1 (Stufe II) erzeugte Saatkristallmasse werden in einen Kristallisator geg* ben und mit 161 Dicksaft (TS 70%, D-GIucose 88°/' unter Rühren gemischt. Innerhalb von etwa 20 Stunde werden unter Rühren weitere 264 I Dicksaft, die ai 30° C gekühlt werden, zugegeben. Die Zugabegeschwir digkeit wird so geregelt, daß der TS-Gehalt de Mutterlauge 63 bis 64° Bx nicht überschreitet. Nac Beendigung der Dicksaft-Zugabe wird die Füllmas.s etwa 24 Stunden bei 30°C Während dieser Zeit wird d: Übersättigung von etwa 1,15 auf 1,0 abgebaut. De TS-Gehalt der Mutterlauge beträgt am Ende de Kristallisation etwa 58° Bx entsprechend etwa 59% TS

Bilanz

	kg	%	kg	% der
		D-	D-	ein
		Glucose	Glucose	gesetzte: Γ\
				U- Glucose
Dicksaft	400,0	67,8	271,5	100,0
Dextrose-Hy
drat (Krist.)	140,7	100,0	140,7.	51,8
Mutterlauge	231,5	49,0	113,3	41,8
Waschwasser	43,0	40,7	15\5	6,4

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Gewinnung von Dextrose-Hydrat durch isotherme Kristallisation bei einer Temperatur von 20 bis 55⁰C aus bewegten, wäßrigen D-Glucose-Lösungen bzw. Dicksaft, wobei in einer ersten Stufe aus einer übersättigten Lösung eine Saatknstallbildung erfolgt und in einer zweiten Stufe ein gesteuertes Kristallwachstum vorgenommen wird, um die Saatkristalle weiterwachsen zu lassen, ohne daß sich im wesentlichen neue Kristalle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe aus einer übersättigten wäßrigen D-Glucose-Lösung bzw. Dicksaft mit einem Trockensubstanzgehalt von 60 bis 85% Saatkristalle von 0,03 bis 0,1 mm Länge erzeugt werden und dann in der zweiten Stufe zu dem Saatkristallbrei übersättigte D-Glucose-Lösung bzw. Dicksaft der gleichen Temperatur und mit dem gleichen Trockensubstanzgehalt mit einer solchen Zugabegeschwindigkeit gegeben wird, daß im wesentlichen nur die Saatkristalle weiterwachsen, ohne daß sich neue Kristalle bilden.