DE19612313A1 - Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines Kristallgemisches, insbesondere von Zucker, sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines Kristallgemisches, insbesondere von Zucker, sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
Qualität eines Kristallgemisches, insbesondere von Zuc
ker, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
nach dem Oberbegriff des Anspruches 8.
Bei der Gewinnung von Zucker entsteht in einer Zwischen
stufe sogenannter Dicksaft, der nach weiterer Konzen
trierung in Restsirup und in Zuckerkristalle getrennt
wird. Die Zuckerkristalle bilden Weißzucker, der ge
trocknet und gelagert wird. Der Restsirup wird weiteren
Kristallisationsstufen zugeführt.
Aus unterschiedlichen,
fertigungstechnisch bedingten Gründen kommt es vor, daß
mehr oder weniger große Anteile von gelblichem bis brau
nem Sirup in oder an der weißen Kristallmasse haften
bleiben. Durch den Gelbanteil der Kristallmasse erhält
der Zucker eine Färbung, wodurch er in eine Kategorie
minderer Qualität eingestuft wird. Um die nicht er
wünschte Einfärbung des Dicksaftes zu vermeiden bzw. zu
verringern, wird ihm sogenannte Kläre bzw. aufgelöster
Zucker zugegeben. Diese Lösung aus Dicksaft und Kläre
bzw. aufgelöstem Zucker wird durch Labormessungen hin
sichtlich des Farbwertes und damit der zu erwartenden
Farbtype des zu gewinnenden Zuckers untersucht. Diese
Labormessungen sind äußerst personal- und kosteninten
siv. Während des Gewinnungsverfahrens treten Schwankun
gen auf, die aufgrund der Labormessungen, die in größe
ren Zeitabständen durchgeführt werden, überhaupt nicht
oder zu spät erkannt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs
gemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so
auszubilden, daß die Qualität des zu gewinnenden Kri
stallgemisches frühzeitig und zuverlässig erkannt werden
kann.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfin
dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru
ches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfin
dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru
ches 8 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Lösung ständig
gemessen werden. Der Meßwert wird der Rechnereinheit zu
geführt, welche diesen Istwert mit dem gespeicherten
Sollwert vergleicht, der ein Maß für die zu bestimmende
Qualität des Kristallgemisches ist. Ergeben sich Unter
schiede bei diesem Vergleich, wird das Mischungsverhält
nis der Komponenten der Lösung so verändert, daß der ge
messene Istwert dem Sollwert entspricht. Aufgrund des
erfindungsgemäßen Verfahrens kann frühzeitig erkannt
werden, ob das aus der Lösung zu gewinnende Kristallge
misch die geforderte Qualität hat.
Die Komponenten der Lösung werden über die beiden Zu
führleitungen der Leitung zugeführt, in welcher die Lö
sung der nachfolgenden Kristallisationseinrichtung zuge
führt wird. In der Leitung sitzt der Sensor, der den
entsprechenden Meßwert der Lösung liefert und der Rech
nereinheit zuführt. Sie vergleicht diesen Istwert mit
einem gespeicherten Sollwert. Tritt eine Differenz auf,
werden von ihr die Durchflußmengenregler so geregelt,
daß der durch den Sensor ermittelte Meßwert dem Sollwert
entspricht. Mit den Durchflußmengenreglern wird der
Durchflußquerschnitt der beiden Komponenten der Lösung
gesteuert, wodurch das Mischungsverhältnis der Komponen
ten in der Lösung eingestellt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei
teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dar
gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Teil einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2
bis
Fig. 4 verschiedene Diagramme, welche den Zusammen
hang zwischen Meßwerten und Qualität des Dick
saftes bei der Zuckerherstellung darstellen.
Bei der Zuckerherstellung wird durch Extraktion von Zuc
kerrüben Rohsaft gewonnen, der außer Zucker weitere
Stoffe enthält, die teilweise durch einen Reinigungspro
zeß abgetrennt werden. Bei dieser Reinigung wird der
Rohsaft mit Kalkmilch versetzt. Durch Einleiten von koh
lensäurehaltigem Kalkofengas, das beim Brennen von Kalk
stein anfällt, wird der Kalk zusammen mit den pflanzli
chen Reststoffen ausgefällt und über ein Dick- und Preß
filter abgetrennt. Der so entstandene Dünnsaft wird in
einer mehrstufigen Verdampferstation auf einen Trocken
substanzgehalt von etwa 70 bis 75% eingedickt. Der so
hergestellte Saft wird als Dicksaft bezeichnet.
In Kochapparaten wird dieser Dicksaft bis zum Ende der
Kristallbildung weiter konzentriert. Um eine Verfärbung
des Zuckers zu verhindern, wird diese Konzentrierung bei
Unterdruck und niedrigen Temperaturen durchgeführt. Auf
diese Weise entsteht ein Muttersirup, der, wenn die Zuc
kerkristalle eine bestimmte Größe erreicht haben, mit
tels Zentrifugen in Restsirup und in die Zuckerkristalle
getrennt wird. Der so gewonnene Weißzucker wird getrock
net und in Großsilos gelagert.
Der Restsirup wird weiteren Kristallisationsstufen zuge
führt. Durch Auflösen von kristallisiertem, nicht rein
weißem Zucker (Grundsorte), Filtrieren der Lösung und
erneuter Kristallisation entsteht die sogenannte Raffi
nade, ein Zucker von besonders hoher Reinheit.
Gelegentlich kommt es aus unterschiedlichen fertigungs
technisch bedingten Gründen vor, daß mehr oder weniger
große Anteile von gelblichem bis braunem Sirup in oder
an der weißen Kristallmasse haften bleiben. Dieser Gelb
anteil der Kristallmasse wird qualitativ durch die soge
nannte Farbtype charakterisiert. Der mit einem Gelban
teil versehene Zucker wird nur aufgrund dieser Fremdan
teile in eine Kategorie minderer Qualität eingestuft.
Da die Farbe des als Ausgangsprodukt für die Kristalli
sation eingesetzten Dicksaftes auch die Farbe des End
produktes, also des kristallinen Zuckers, bestimmt, wird
dem Dicksaft zur Qualitätsverbesserung, d. h. zur Redu
zierung der Farbtiefe, u. a. sogenannte Kläre und/oder
aufgelöster Zucker zugegeben.
Wie Fig. 1 zeigt, wird der Dicksaft in einer Leitung 1
und die Kläre und/oder aufgelöster Zucker in einer Lei
tung 2 zugeführt. Beide Leitungen 1, 2 münden in eine
Leitung 3, in welcher die Lösung aus Dicksaft und Kläre
und/oder aufgelöstem Zucker zur Kristallisation weiter
geleitet wird. In den Zuführleitungen 1 und 2 liegt je
weils ein Durchflußmengenregler 4, 5, mit denen der
Durchflußquerschnitt durch die Leitungen 1, 2 einge
stellt werden kann. Die Durchflußmengenregler 4, 5 kön
nen einfache Schieber sein, die jeweils mittels eines
Motors 6, 7 angetrieben werden. Die Motoren 6, 7 sind an
einen in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Rechner 8
angeschlossen, von dem sie Regelsignale zur Betätigung
der Durchflußmengenregler 4, 5 erhalten.
Der Dicksaft und die Kläre bzw. der aufgelöste Zucker
werden beim Eintritt in die gemeinsame Leitung 3 mitein
ander vermischt. Eine gleichmäßige Mischung dieser Be
standteile wird dadurch erreicht, daß die Leitungen 1, 2
winklig zueinander in die Leitung 3 münden. Dadurch
tritt im Eintrittsbereich in die Leitung 3 beim Zusam
mentreffen des Dicksaftstromes sowie des Kläre- und/oder
Zuckerstromes eine intensive und damit auch gleichmäßige
Vermischung ein. Selbstverständlich können im Mündungs
bereich der Leitungen 1, 2 Mischeinrichtungen, bei
spielsweise angetriebene Rührer, vorgesehen sein, um ei
ne gleichmäßige Durchmischung zu gewährleisten.
Mit Abstand von diesem Mündungsbereich ragt in die Lei
tung 3 ein Sensor 9, mit dem in noch zu beschreibender
Weise charakteristische Werte der Mischung gemessen und
dem Rechner 8 zugeführt werden.
Mit dieser Vorrichtung ist eine laufende, automatisierte
Erfassung und Klassifizierung von Qualitätsmerkmalen
bzw. physikalischen Eigenschaften des Dicksaftes mög
lich. Über die noch zu beschreibende Messung kann somit
eine Aussage über die zu erwartende Farbtype des kri
stallinen Zuckers und damit über dessen Qualität erhal
ten werden. Die Farbtype des kristallinen Zuckers wird
vorteilhaft kontinuierlich gemessen, wie dies in der
DE-OS 42 15 948 im einzelnen beschrieben worden ist und
deren Inhalt somit ausdrücklich zum Gegenstand dieser
Anmeldung gemacht wird.
Als eine wesentliche physikalische Eigenschaft des Dick
saftes kann dessen elektrische Leitfähigkeit angesehen
werden. Sie ändert sich in Abhängigkeit von der Konzen
tration des Dicksaftes in der Lösung. In Fig. 2 ist die
elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Kon
zentration angegeben. Enthält der durch die Leitung 3
fließende Strom nur Dicksaft, beträgt dessen Konzentra
tion also 100%, ergibt sich der größte Leitfähigkeits
wert. Mit abnehmender Konzentration des Dicksaftes in
der Lösung, d. h. mit zunehmender Konzentration an Kläre
und/oder aufgelöstem Zucker in der Lösung, nimmt der
Leitfähigkeitswert ab. Somit kann anhand des in der
Leitung 3 gemessenen Leitfähigkeitswertes auf die Kon
zentration an Dicksaft geschlossen werden. Die Konzen
tration an Dicksaft ist auch ein Maß für die Qualität
des herzustellenden Zuckers. Da mit dem Sensor 9, der
ein entsprechender Leitfähigkeitssensor ist, kontinuier
lich die Leitfähigkeit der durch die Leitung 3 strömen
den Lösung gemessen wird, kann bereits zu diesem Zeit
punkt eine Aussage über die zu erwartende Farbtype des
kristallinen Zuckers erhalten werden. Um diese Aussage
zu bekommen, enthält der Rechner 8 eine Datenbank, in
der entsprechende Vergleichswerte gespeichert sind. Die
vom Sensor 9 an den Rechner 8 gelieferten Istwerte wer
den mit den in der Datenbank gespeicherten Sollwerten
verglichen. Tritt eine Abweichung zwischen Soll- und
Istwert auf, erhalten die Motoren 6 und/oder 7 vom Rech
ner 8 entsprechende Regelsignale, um das Mischungsver
hältnis zwischen Dicksaft und Kläre und/oder aufgelöstem
Zucker so zu verändern, daß der durch den Sensor 9 ge
messene Istwert der Leitfähigkeit dem gespeicherten
Sollwert entspricht.
In der Datenbank ist auch die Zuckerqualität gespei
chert, die sich bei einer vorgegebenen Dicksaftqualität
ergibt. Damit kann sehr einfach aufgrund der gemessenen
Dicksaft-Leitfähigkeit die zugehörige Zuckerqualität be
stimmt werden.
Anhand von Fig. 3 wird eine weitere Möglichkeit be
schrieben, frühzeitig eine Aussage über die zu erwarten
de Zuckerqualität zu erhalten. In diesem Falle wird die
spektrale Intensität des Dicksaftes gemessen. Fig. 3
zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit dieser spektra
len Intensität von der Wellenlänge für unterschiedliche
Konzentrationen von Dicksaft. In Abhängigkeit von der
Konzentration an Dicksaft in der Lösung aus Dicksaft und
Kläre und/oder aufgelöstem Zucker ergeben sich unter
schiedliche Kurven. Es ist deutlich eine Abhängigkeit
zwischen der Konzentration an Dicksaft in der Lösung und
der Intensität bei unterschiedlichen Wellenlängen er
kennbar. Somit kann auch die spektrale Intensität als
charakteristisches Merkmal herangezogen werden, um eine
Aussage über die Qualität des herzustellenden Zuckers zu
gewinnen. Der Sensor 9 in der Leitung 3 ist eine ent
sprechende Meßeinrichtung, mit der diese in Fig. 3 dar
gestellten Kurven ermittelt werden können. In diesem
Falle sind in der Datenbank entsprechende Sollwerte ge
speichert, die wiederum in Beziehung zu bestimmten Zuc
kerqualitäten gesetzt sind. Anhand der vom Sensor 9 ge
lieferten Ist-Signale und dem Soll-Istwert-Vergleich
werden wiederum die Motoren 6, 7 so geregelt, daß für
die gewünschte Zuckerqualität das entsprechende Mi
schungsverhältnis von Dicksaft und Kläre und/oder aufge
löstem Zucker erhalten wird. Die Durchflußmengenregler
4, 5 werden so eingestellt, daß sich in der Leitung 3
die Lösung mit dem gewünschten Mischungsverhältnis er
gibt.
Wie Fig. 3 zeigt, reicht ein verhältnismäßig enger Wellenlängenbereich
aus, um eine zuverlässige Aussage über
die Konzentration an Dicksaft in der Lösung und damit
eine Aussage über die zu erwartende Farbtype des Zuckers
zu erhalten.
Wie sich aus Fig. 4 ergibt, kann als charakteristischer
Meßwert auch der pH-Wert der Lösung oder der in µS ge
messene Leitfähigkeitswert herangezogen werden. In bei
den Fällen ergibt sich wiederum eine Abhängigkeit des
jeweiligen Meßwertes vom Mischungsverhältnis zwischen
Dicksaft und Kläre und/oder aufgelöstem Zucker. Zur Mes
sung des pH-Wertes wird ein entsprechender Sensor 9,
beispielsweise eine pH-Elektrode, herangezogen. Auch zur
Messung der Leitfähigkeit sind entsprechende Sensoren
bekannt, die eingesetzt werden können. In beiden Fällen
sendet der Sensor 9 entsprechende Ist-Signale an den
Rechner 8, in dem diese mit in der Datenbank gespeicher
ten Sollwerten verglichen werden. Da auch diesen Soll
werten entsprechende Farbtypen des Zuckers zugeordnet
sind, läßt sich sehr einfach feststellen, ob bei dem ge
messenen Istwert die gewünschte Farbtype erhalten wird.
Treten Differenzen auf, werden die Motoren 6, 7 entspre
chend geregelt, so daß über die Durchflußmengenregler 4,
5 die Durchflußmenge an Dicksaft bzw. an Kläre und/oder
aufgelöstem Zucker so eingestellt werden kann, daß in
der Leitung 3 der dem Sollwert entsprechende Istwert ge
messen wird.
Die zu messenden physikalischen Eigenschaften des Dick
saftes, insbesondere die elektrische Leitfähigkeit, der
pH-Wert sowie die Farbe, werden durch die im Dicksaft
vorhandenen Bestandteile bestimmt, die weder Sacharose
noch Wasser, sondern Verunreinigungen sind. Sie bestehen
aus gelösten Ionen und Molekülen und bestimmen wiederum
die Qualitätsmerkmale des kristallinen Zuckers, wie der
Aschegehalt, die Farbe in Lösung oder die Farbtype. Die
Bewertungskriterien für diese Qualitätsmerkmale (Asche,
Farbe in Lösung, Farbtype) sind in den EWG-Verordnungen
Nr. 1265/69, 793/72 und 2103/77 festgelegt.
Die Art und der Umfang der im trockenen, kristallinen
Zucker verbliebenen Verunreinigungen wird durch die Zu
sammensetzung des Dicksaftes bestimmt. Darum kann anhand
der beschriebenen bevorzugten Meßgrößen über die Zusam
mensetzung des Dicksaftes eine Aussage über die Verun
reinigungen und damit über die Qualität des Zuckers ge
wonnen werden.
Da schon frühzeitig eine Aussage über die Zuckerqualität
erhalten wird, können auch frühzeitig Maßnahmen einge
leitet werden, wenn die gemessenen Istwerte nicht den
geforderten Sollwerten entsprechen. Die beschriebene au
tomatische Prozeßregelung berücksichtigt den Zusammen
hang zwischen der Dicksaft- und der Zuckerqualität, der
in Form von Meßwerten beider Qualitäten in der Datenbank
festgehalten ist. Die Vorhersage der Qualität des kri
stallinen Zuckers kann mit Methoden der Fuzzi-Logik so
wie mit neuronalen Netzwerken anhand bestehender Daten
erreicht werden. Aufgrund der Vorhersagen über die zu
erwartenden Eigenschaften des Zuckers sowie der ange
strebten Zuckerqualität und des modellierten Systemver
haltens steuert die Prozeßregelung das Mischungsverhält
nis von Dicksaft, Kläre und/oder aufgelöstem Zucker
vollautomatisch. Dadurch ist eine wiederholte Auflösung
und erneute Kristallisation als Reinigungsprozeß nicht
oder nur in weitaus geringerem Maße als bisher notwen
dig. Dadurch wird erheblich an Energie eingespart, zumal
nach jedem Kristallisationsvorgang eine Trocknung erfor
derlich ist.
Claims (13)
1. Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines Kri
stallgemisches, insbesondere von Zucker, bei dem ein
Merkmal einer die Kristalle enthaltenden, wenigstens
zwei Komponenten aufweisenden Lösung gemessen und
der Meßwert zur Bestimmung der Qualität des Kri
stallgemisches herangezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert einer Rech
nereinheit (8) zugeführt wird, daß der Meßwert mit
einem gespeicherten Sollwert verglichen wird, der
ein Maß für die zu bestimmende Qualität des Kri
stallgemisches ist, und daß in Abhängigkeit vom
Soll-Istwert-Vergleich das Mischungsverhältnis der
Komponenten der Lösung eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich gemessen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Qualitätsmerkmal der
Farbwert des Kristallgemisches ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmal der Lösung
dessen Leitfähigkeit ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmal der Lösung
deren pH-Wert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmal der Lösung
deren spektrale Intensität ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung Dicksaft und
Kläre und/oder aufgelösten Zucker als Komponenten
enthält.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 7, mit mindestens einer die
Lösung führenden Leitung, der mindestens eine Kri
stallisationseinrichtung nachgeschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (3) we
nigstens zwei Zuführleitungen (1, 2) für die Kompo
nenten der Lösung angeschlossen sind, daß in den Zu
führleitungen (1, 2) jeweils mindestens ein Durch
flußmengenregler (4, 5) sitzt, und daß die Durch
flußmengenregler (4, 5) an eine Rechnereinheit (8)
angeschlossen sind, mit der wenigstens ein in der
Leitung (3) sitzender, einen Meßwert liefernder Sen
sor (9) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zuführleitun
gen (1, 2) winklig zueinander an die Leitung (3) an
schließen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zuführleitun
gen (1, 2) einen gemeinsamen Mündungsbereich in die
Leitung (3) haben.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengenreg
ler (4, 5) Schieber sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengenreg
ler (4, 5) durch jeweils einen Motor (6, 7) betätig
bar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) mit Ab
stand vom Mündungsbereich der beiden Zuführleitungen
(1, 2) in der Leitung (3) sitzt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996112313 DE19612313C2 (de) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kristallisationsproduktes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19612313A1 true DE19612313A1 (de) | 1997-10-02 |
DE19612313C2 DE19612313C2 (de) | 2002-07-11 |
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ID=7789709
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DE1996112313 Expired - Fee Related DE19612313C2 (de) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kristallisationsproduktes |
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---|---|
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- 1996-03-28 DE DE1996112313 patent/DE19612313C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19612313C2 (de) | 2002-07-11 |
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