DE19614609A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung aus Cetose durch Isomerisation von Aldose, sowie Anlage zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung aus Cetose durch Isomerisation von Aldose, sowie Anlage zum Durchführen des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum kontinuierlichen
Herstellen einer Lösung von Cetose,
insbesondere von Cetohexose wie Fructose, ausgehend von einer Zuckerlösung mit wenigstens einer Aldose, insbesondere einer Aldohexose wie Glucose. Zuckerlösungen, extrahiert aus Natursubstanzen wie Chicor´e Zuckerrüben, Zuckerrohr oder Getreide, enthalten Oside, die durch Hydrolyse gemischte Zuckerlösungen aus Cetosen, Aldosen oder Osiden erzeugen. Die Aldosen und insbesondere die Aldohexosen wie Glucose sind Zucker, die zu geringeren Herstellungskosten erzeugt werden können, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sie in großen Mengen in Naturprodukten vorkommen. Im Gegensatz hierzu sind die Herstellungskosten von Cetosen, die in Naturprodukten weniger stark auftreten, teurer in der Herstellung, und außerdem ist es schwieriger, sie zu extrahieren, insbesondere bei hohen Reinheitsanforderungen. Die Cetosen und insbesondere die Cetohexosen wie Fructose weisen jedoch besondere, interessante Eigenschaften auf. Insbesondere haben sie eine unterschiedliche Süßkraft und sind die Vorläufer zahlreicher Derivate mit interessanten Eigenschaften, beispielsweise HMF. Was die Nahrungsmittelindustrie anbetrifft wie auch die Industrie der organischen Chemie, so hätte die Anwendung von Cetosen zur Voraussetzung, daß eine Lösung großer Reinheit bei geringeren Herstellungskosten zur Verfügung stünde, insbesondere frei von Aldose, deren geschmackliche und physiko-chemische Eigenschaften anders als diejenigen von Cetosen sind.
insbesondere von Cetohexose wie Fructose, ausgehend von einer Zuckerlösung mit wenigstens einer Aldose, insbesondere einer Aldohexose wie Glucose. Zuckerlösungen, extrahiert aus Natursubstanzen wie Chicor´e Zuckerrüben, Zuckerrohr oder Getreide, enthalten Oside, die durch Hydrolyse gemischte Zuckerlösungen aus Cetosen, Aldosen oder Osiden erzeugen. Die Aldosen und insbesondere die Aldohexosen wie Glucose sind Zucker, die zu geringeren Herstellungskosten erzeugt werden können, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sie in großen Mengen in Naturprodukten vorkommen. Im Gegensatz hierzu sind die Herstellungskosten von Cetosen, die in Naturprodukten weniger stark auftreten, teurer in der Herstellung, und außerdem ist es schwieriger, sie zu extrahieren, insbesondere bei hohen Reinheitsanforderungen. Die Cetosen und insbesondere die Cetohexosen wie Fructose weisen jedoch besondere, interessante Eigenschaften auf. Insbesondere haben sie eine unterschiedliche Süßkraft und sind die Vorläufer zahlreicher Derivate mit interessanten Eigenschaften, beispielsweise HMF. Was die Nahrungsmittelindustrie anbetrifft wie auch die Industrie der organischen Chemie, so hätte die Anwendung von Cetosen zur Voraussetzung, daß eine Lösung großer Reinheit bei geringeren Herstellungskosten zur Verfügung stünde, insbesondere frei von Aldose, deren geschmackliche und physiko-chemische Eigenschaften anders als diejenigen von Cetosen sind.
Der Herstellungspreis von Glucose liegt üblicherweise in der Größenordnung
des zwei- bis vierfachen von Saccharose, Osiden natürlichen Ursprungs,
während jener von Fructose üblicherweise in der Größenordnung des fünf- bis
achtfachen jenes von Saccharose liegt, nämlich in der Größenordnung des
zwei- bis 4-fachen von Glucose.
Es wurde schon in Erwägung gezogen, Aldosen zu Cetosen zu isomerieren
und insbesondere Glucose zu Fructose. Derartige Isomerisationsreaktionen
sind jedoch schwierig durchzuführen, und erlauben es nicht, eine hundert
Prozent reine Cetose auf chemischem Wege zu erreichen. Es wäre somit
notwendig, eine spätere Extraktionsstufe vorzusehen, die ihrerseits immer
noch nicht zu einer hundertprozentigen Reinheit der Cetose bei vernünftigen
Kosten führen würde.
Die chemische Isomerisation von Glucose in Fructose in homogener
Umgebung kann in Anwesenheit eines basischen Katalysators durchgeführt
werden. Jedoch bilden sich gleichzeitig zahlreiche andere Isomere wie
Abbauprodukte, beispielsweise Manose, Sorbose, Psicose oder Tagatose.
Die Isomerisation von Glucose in Fructose in Anwesenheit einen
Ionentauschharzes wurde ebenfalls in Erwägung gezogen. Jedoch diffundiert
die Fructose in das Kunstharz und baut sich schneller ab, als die Glucose.
Von da ab führen bekannte Verfahren zu schwierigen Reinigungsvorgängen,
aufgrund der Anwesenheit von gefärbten Stoffen, Geruchsstoffen sowie
Aschen und anderen Verunreinigungen.
Es wurde auch schon in Erwägung gezogen, die Isomerisation in
Anwesenheit eines Enzyms durchzuführen. Die Nachteile dieser Art von
Reaktion bestehen in den Herstellungskosten des Enzyms sowie in der
Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie etwa dem pH-Wert oder der
Temperatur. Außerdem führt die enzymatische Isomerisation, ausgehend von
reiner Glucose, zu Fructoseanteilen, die eine spätere Abtrennung erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile dadurch zu
vermeiden, daß ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung
aus reiner Cetose angegeben wird, insbesondere aus Cetohexose, und noch
besser aus Fructose, bei niedrigen Herstellungskosten, insbesondere bei
solchen Herstellungskosten, die vergleichbar mit jenen zum Herstellen von
Aldosen sind, insbesondere von Aldohexosen, und insbesondere von
Glucosen.
Weiterhin soll das Verfahren wirtschaftlich sein. Es soll eine reine Lösung von
Fructose herstellen, ausgehend von einer Lösung von Glucose oder von
Fructose und Glucose bei niedrigeren Herstellungskosten, wie bei den
bekannten Verfahren, und insbesondere kompatibel mit den industriellen
Gegebenheiten.
Das Verfahren soll in einem einzigen Schritt durchführbar sein. Es soll
industriell zu rentablen Bedingungen durchführbar sein in einer Anlage
verringerter Größe und verringerter Kapazität, die selbst zu niedrigen Kosten
hergestellt wurde und bei niedrigen Betriebskosten betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Wird ein selektiver Adsorptionskörper von Cetosen vorgesehen, so wird eine
spätere Desorbtionsstufe vorgesehen.
Wird ein mikroporiger Körper vorgesehen, geeignet zum selektiven
Absorbieren von Aldosen, so wird die isomerisierte Cetose in einem
Lösungsmittel wiedergewonnen, insbesondere einem Lösungsmittel, das im
Gegenstrom von unten nach oben strömt und das dasselbe sein kann, wie
die Ausgangslösung, nämlich Wasser. In diesem Falle können zwei in Reihe
geschaltete Reaktoren vorgesehen werden, nämlich ein erster Trennreaktor
und ein zweiter Isomerisationsreaktor. Im ersten Trennreaktor läßt man einen
selektiven Adsorptionskörper von Aldosen umlaufen. Dieser mit Aldosen
beladene Körper wird in den zweiten Reaktor im Gegenstrom zu einem
Lösungsmittel, insbesondere Wasser, eingeführt, unter den Bedingungen der
Isomerisation und in Anwesenheit eines Isomerisationskatalysators. Die aus
dem zweiten Isomerisationsreaktor ausgezogene Lösung ist mit isomerisierter
Cetose und einem Rückstand von Aldosen beladen und wird in den ersten
Trennreaktor mit der Ausgangs-Zuckerlösung eingeführt. Am Ausgang des
ersten Trennreaktors wird eine reine Cetoselösung extrahiert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Variante dieses Verfahrens. Dieses umfaßt die
folgenden Verfahrensschritte:
Es wird ein einziger Mehrkontakt-Reaktor verwendet;
die Ausgangs-Zuckerlösung wird auf einem Zwischenniveau des Reaktors eingeführt;
es wird wenigstens ein mikroporiger selektiver Adsorptionskörper der Aldosen der Ausgangs-Zuckerlösung ausgewählt;
in den Reaktor wird ein kontinuierlicher Strom des Lösungsmittels der Ausgangs-Zuckerlösung eingeführt, und zwar auf einem niedrigeren Niveau des Reaktors wie jenes, auf welchem die Ausgangs-Zuckerlösung eingeführt wird;
die Cetoselösung wird kontinuierlich auf einem Niveau des Reaktors abgezogen, das oberhalb jenes liegt, an welchem die Ausgangs zuckerlösung eingeführt wird, so daß das Verfahren in einem einzigen Schritt und in einem einzigen Reaktor durchgeführt werden kann.
Es wird ein einziger Mehrkontakt-Reaktor verwendet;
die Ausgangs-Zuckerlösung wird auf einem Zwischenniveau des Reaktors eingeführt;
es wird wenigstens ein mikroporiger selektiver Adsorptionskörper der Aldosen der Ausgangs-Zuckerlösung ausgewählt;
in den Reaktor wird ein kontinuierlicher Strom des Lösungsmittels der Ausgangs-Zuckerlösung eingeführt, und zwar auf einem niedrigeren Niveau des Reaktors wie jenes, auf welchem die Ausgangs-Zuckerlösung eingeführt wird;
die Cetoselösung wird kontinuierlich auf einem Niveau des Reaktors abgezogen, das oberhalb jenes liegt, an welchem die Ausgangs zuckerlösung eingeführt wird, so daß das Verfahren in einem einzigen Schritt und in einem einzigen Reaktor durchgeführt werden kann.
Bei diesem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Isomerisation in einer
besonderen Zone durchgeführt, die insbesondere unterhalb einer
Seperationszone angeordnet ist, insbesondere einer Adsorptionszone der
Aldosen.
Gemäß der Erfindung wird die Temperatur innerhalb des Reaktors
beziehungsweise der Reaktoren in wenigstens zwei voneinander
verschiedenen Zonen gesteuert, deren erste auf einer Temperatur zwischen
30° und 90°C gehalten wird, ausgewählt um die Adsorption durch den
mikroporigen Feststoff zu begünstigen, und deren zweite auf eine Temperatur
zwischen 90° und 110°C gehalten wird, ausgewählt um die lsomerisation von
Aldosen in Cetosen zu begünstigen. Vorteilhafterweise wird die Temperatur in
der ersten Zone, der Adsorptionszone, auf 60°C gehalten, und in der zweiten
Zone, der Isomerisationszone, auf 95° bis 100°C.
Verwendet man einen einzigen Reaktor, sowie dies gemäß der Erfindung
möglich ist, so befindet sich die Zone der Adsorption, die erste Zone,
oberhalb der Zufuhr der Ausgangs-Zuckerlösung in den Reaktor; die zweite
Zone, die Isomerisationszone, befindet sich unter der Zufuhr der Ausgangszuckerlösung
in den Reaktor. Auf diese Weise hält man unterschiedliche
Temperaturen oberhalb und unterhalb der Zufuhrstelle der Ausgangszuckerlösung
in dem Reaktor aufrecht, nämlich eine Temperatur zwischen 30°
und 90°, insbesondere in der Größenordnung von 60°, entsprechend der
Adsorptionszone der Aldosen durch den mikroporigen Festkörper, angeordnet
über der Einführungsstelle der Ausgangs-Zuckerlösung, und eine Temperatur
zwischen 90° und 110° insbesondere in der Größenordnung von 95°,
entsprechend der zweiten Zone, nämlich der Isomerisationszone, angeordnet
unterhalb der Einführungsstelle der Ausgangs-Zuckerlösung.
Das Einführen von Lösungsmittel, häufig Wasser, im unteren Teil des Reaktors
erlaubt es, den mikroporigen Feststoff zu waschen und die durch die
Isomerisation gebildete Fructose zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung wird als heterogener Isomerisationskatalysator ein
Tectosilicat oder ein Argil in nicht-protonischer Gestalt verwendet,
funktionalisiert durch metallische Kationen, insbesondere Alkali oder Erdalkali.
Ein solches Tectosilicat oder Argil in kationischer Form (nicht-protonisch) hat
eine zum Katalysieren der Isomerisation ausreichende Basizität.
Gemäß der Erfindung wird außerdem ein Tectosilicat oder ein Argil als
mikroporiger Feststoff für die selektive Adsorption verwendet. Außerdem wird
gemäß der Erfindung ein mikroporiger Feststoff für die selektive Adsorption in
vorgeformten Teilchen verwendet, insbesondere in extrudierter Form.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung wird ein anderer Katalysator
verwendet, als der mikroporige Körper der selektiven Adsorption.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird ein Tectosilicat oder ein
Argil verwendet, das geeignet ist, die Rolle des Isomerisationskatalysators und
des mikroporigen Körpers der selektiven Adsorption zu übernehmen.
Gemäß der Erfindung wird in diesem Falle ein Tectosilicat oder ein Argil
eingesetzt, das die Rolle des Katalysators in einem anderen
Temperaturbereich als jenem übernimmt, bei welchem es die Rolle des
mikroporigen Feststoffes der selektiven Adsorption der Aldosen übernimmt.
Man wählt insbesondere ein Tectosilicat oder ein Argil, die eine selektive
Adsorption der Aldosen bei einer Temperatur aufweisen, die anders ist, als
jene, bei der die Wirkung der Isomerisationskatalyse durch den Festkörper
optimal ist.
Es ist bekannt, wie die Eigenschaften eines mikroporigen Feststoffes zu
definieren sind, damit dieser eine selektive Adsorption in bezug auf Aldosen
(insbesondere Glucose) oder Cetosen (insbesondere Fructose) aufweist.
Gemäß der Erfindung wird ein Zeolith als Katalysator oder als Festkörper zur
selektiven Adsorption verwendet.
Als Festkörper zur selektiven Adsorption von Aldosen, insbesondere von
Glucose, wird ein Zeolith X in Gestalt von Kalium oder ein Zeolith X in Gestalt
von Barium verwendet. Diese Zeolithe weisen unter anderem eine gute
Basizität auf, die alleine bei einem Verfahren gemäß der Erfindung dazu
verwendet werden können, um gleichzeitig die Rolle eines
Isomerisationskatalysators und eines selektiven Adsorptionsmittels für Aldosen
zu bilden, wie oben erwähnt.
Als Körper zur selektiven Adsorption von Cetosen, insbesondere von
Fructose, kann ein Zeolith X in Form von Natrium, oder ein Zeolith Y in Form
von Kalium, oder ein Zeolith X in Form von Strontium, oder ein Zeolith Y in
Form von Calcium verwendet werden.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann in einer pulsierenden Kolonne
durchgeführt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens
gemäß der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen
kontinuierlichen, vertikalen Mehrkontakt-Reaktor umfaßt, insbesondere eine
pulsierende Kolonne, sowie Mittel zum Steuern der Temperatur, die im
Inneren des Reaktors herrscht, mit wenigstens zwei voneinander
verschiedenen Zonen, die jeweils mindestens zwei voneinander
verschiedenen Temperaturen entsprechen.
Die Anlage gemäß der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß
diese einen Einlaß für die Ausgangslösung aufweist, angeordnet auf einem
mittleren Niveau des Reaktors, und daß die Steuermittel dazu geeignet sind,
die Temperatur oberhalb und unterhalb des Einlasses der Ausgangslösung
unabhängig voneinander zu steuern oder zu regeln.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Anlage, umfassend in
Kombination sämtliche oder einige der oben und nachstehend erwähnten
Eigenschaften.
Eine Anlage gemäß der Erfindung, so wie in der Figur dargestellt, weist eine
pulsierende Kolonne 1 auf, die die vertikale, kontinuierliche Mehrkontaktvorrichtung
der Reaktion beziehungsweise Extraktion darstellt. Diese
pulsierende Kolonne 1 weist einen Einlaß 2 in seinem unteren Teil 3 auf,
durch welchen eine Flüssigkeit eingeleitet wird, vor allem Wasser, und einen
Auslaß 4 in seinem oberen Teil 5, durch welchen die hergestellte reine
Cetose-Lösung abgezogen wird.
Die pulsierende Kolonne 1 ist weiterhin mit einem Einlaß 6 für die Ausgangszuckerlösung
ausgerüstet, angeordnet auf einem mittleren Niveau, das heißt
zwischen dem unteren Einlaß 2 für Wasser und dem oberen Abzug 4 für die
Cetose-Lösung. Der Einlaß 6 für die Ausgangslösung befindet sich auf einem
Niveau, das im dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dazwischen
liegt. Gemäß der jeweiligen Kinetik der Adsorption und der Isomerisation kann
der Einlaß in bezug auf das dargestellte Beispiel nach oben oder nach unten
verschoben werden.
Die pulsierende Kolonne 1 ist ferner mit einem oberen Einlaß 7 für die in
Stückchen 8 vorliegenden Feststoffe ausgerüstet. Diese Stückchen 8 laufen
von oben nach unten um und werden somit am unteren Teil 3 der
pulsierenden Kolonne 1 durch einen Auslaß 9 ausgelassen. Verwendet man
ein Zeolith X in Gestalt von Kalium oder vorgeformtem Barium (beispielsweise
in Kugeln, Knöllchen der Zylindern extrudiert), so dient dieses gleichzeitig als
Isomerisationskatalysator und als mikroporiger Körper zum selektiven
Adsorbieren von Aldosen, insbesondere von Glucose. Ein solches Zeolith
bildet in der Tat ein molekulares Sieb, das vorzugsweise die Glucose in
bezug auf die Fructose adsorbiert. Diese Stückchen wandern somit von oben
nach unten durch die pulsierende Kolonne 1 hindurch, und im Gegenstrom
zur flüssigen Phase, die von unten nach oben strömt.
Gemäß einer hier nicht dargestellten Abwandlung kann ein
Isomerisationskatalysator verwendet werden, der von der festen Verbindung
der selektiven Adsorption verschieden ist. Der Katalysator kann gleichzeitig
mit den Stückchen der festen Adsorptionsverbindung am oberen Teil 5 der
Kolonne 1 zugegeben werden, oder statt dessen in pulvriger Form in
Suspension der Ausgangs-Zuckerlösung beigemischt werden. Dies kann
beispielsweise mittels eines Mischers geschehen, der stromaufwärts des
Einlaß 6 angeordnet ist, der in diesem Falle in den unteren Teil der
pulsierenden Kolonne 1 plaziert wird. Im letzteren Falle wird ein Filter am
Extraktionsauslaß 4 der Cetoselösung vorgesehen, um den in dieser Lösung
in Suspension befindlichen Katalysator abzutrennen. Bei dieser Variante muß
jedoch der Katalysator nicht unbedingt die Rolle der selektiven
Adsorptionsverbindung des einen oder anderen Zuckers übernehmen.
Die Teilchen 8 der Feststoffverbindung, die am unteren Teil der pulsierenden
Kolonne 1 wiedergewonnen werden, werden durch ein Filter 10 geführt, und
zwar mittels einer hydraulischen Steigvorrichtung. Am Ausgang des Filters 10
können die Teilchen 8 mittels einer Behandlung wiedergewonnen werden,
durchgeführt mit einer Vorrichtung 11, die dazu dient, die Aldosen zu
desorbieren, und die Feststoffverbindung wieder zu refunktionalisieren, um sie
erneut dazu in die Lage zu versetzen, die Funktionen zu erfüllen, für die sie
bestimmt sind. So kann beispielsweise im Falle eines Zeoliths X in Gestalt von
Kalium dieser calciniert werden, um die Aldosen zu desorbieren, und sodann
in die Gestalt von Kalium refunktionalisiert zu werden. Am Auslaß der
Behandlungsvorrichtung 11 können die Feststoffteilchen 8 zum oberen Teil 5
der pulsierenden Kolonne zurückgeführt werden.
Die Anlage weist weiterhin Mittel 12, 13 zum Steuern beziehungsweise Regeln
der Temperatur auf, die im Inneren der pulsierenden Kolonne 1 in den beiden
Zonen 14, 15 herrschen, wobei zwei voneinander verschiedene Temperaturen
in diesen Zonen hergestellt werden können. Die Mittel 12, 13 dienen dazu, die
Temperatur in der oberen Zone 14 und in der unteren Zone 15 unabhängig
von einander einzustellen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die pulsierende Kolonne 1 mit zwei
Außenmänteln 12, 13 versehen, nämlich einem oberen Außenmantel 12, der
oberhalb des Einlasses 6 für die Ausgangslösung angeordnet ist, und einem
unteren Außenmantel 13, der unterhalb des Einlasses 6 für die
Ausgangslösung angeordnet ist. Eine Vorrichtung zum Einspeisen und
Steuern beziehungsweise Regeln der Funktion der Außenmäntel 12, 13 ist in
an sich bekannter und hier nicht dargestellter Weise vorgesehen. Die obere
Zone 14 des Reaktors, die sich auf der Höhe des oberen Außenmantels 12
befindet, kann somit auf eine Temperatur gehalten werden, die
unterschiedlich von derjenigen in der Zone 15 ist, die sich auf der Höhe des
unteren Außenmantels 13 befindet. Die in den beiden Zonen 14, 15
herrschenden Temperaturen können somit unabhängig voneinander
kontrolliert werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung stellt die obere Zone 14 eine erste
Zone, nämlich eine Zone der Adsorption auf, in welcher eine Temperatur von
zwischen 30° und 90° aufrechterhalten wird, am besten in der Größenordnung
von 60°, gewählt zum Begünstigen der Adsorption durch mikroporige
Feststoffe, insbesondere selektive Adsorption der Aldosen durch Zeolith X in
Gestalt von Kalium oder Barium. Die untere Zone 15 stellt eine zweite Zone
dar, nämlich die Isomerisationszone, in welcher eine Temperatur von
zwischen 90° und 110° aufrechterhalten wird, insbesondere in der
Größenordnung von 95°C, um die Isomerisation von Aldosen in Cetosen in
Anwesenheit des Isomerisationskatalysators zu begünstigen.
In der oberen Zone 14 fangen somit die adsorbierenden Zeolithteilchen 8
selektiv die Aldosen ein, insbesondere die Glucose, die sich in der flüssigen
Phase befindet, und transportieren diese bis zur unteren Zone 15 der
Isomerisation. In dieser unteren Zone werden die durch das Zeolith
adsorbierten Aldosen isomerisiert durch Kationen, und der Wasserstrom fängt
die gebildeten Cetosen ein, insbesondere die Fructose, die mitgeführt wird,
gegebenenfalls mit Fructose, die am Einlaß 6 der Ausgangslösung angefallen
ist, bis zum oberen Auslaß 4.
Schließlich ist die pulsierende Kolonne 1 mit einer Vorrichtung 16 zum
Aufrechterhalten der Pulsationen der flüssigen Phasen ausgestattet, was an
sich bekannt ist.
Es soll die Isomerisationreaktion einer Ausgangslösung von Glucose in
Fructose mit Zeolith X in Gestalt von Kali um untersucht werden.
In einem diskontinuierlichen, mit einem Rührer versehenen Reaktor von 500
ml wird ein Glucosesirup hergestellt, in dem 170 g Glucose mit Wasser
vermischt werden. Der Reaktor wird auf 95°C erhitzt, wobei die Lösung
gleichzeitig bis zur vollständigen Auflösung der Glucose umgerührt wird.
Sodann werden 102 g Zeolith X in Gestalt von Kalium zugegeben, zuvor mit
dem verbleibenden Wasser bei 95°C imprägniert.
Das verwendetet Zeolith stellt einen Koeffizienten der Adsorptions-Aufteilung
der Fructose in bezug auf die Glucose dar, der gegenüber der Glucose stark
selektiv ist. Man kann beispielsweise Zeolith X in Gestalt von Kalium
verwenden, so wie beschrieben in der Veröffentlichung "A liquid phase
chromatographic study of sorption and diffusion of glucose and fructose in
NAX and KY zeolite crystals", Ching et al., Zeolites, 1988, vol. 8, Seiten 68 bis
73.
Nach einer Reaktionsdauer von 45 min, entsprechend einer oberen
Temperatur der Zeitspanne, die notwendig ist für das Gleichgewicht der
Isomerisationsreaktion ohne Zerstörung der Zucker (das heißt nach einer
Reaktionsdauer, die es erlaubt, eine Selektivität von hundert Prozent zu
erzielen), wird der Reaktor entleert, die Reaktion durch rasches Abkühlen
abgestoppt, die Lösung gefiltert, und sukzessiv die Feststoffe bei derselben
Temperatur gewaschen. Sodann werden die Gehalte der Glucose und der
Fructose der flüssigen Lösung der Reaktion sowie der abgegebenen Lösung
der Desorption des Zeolith analysiert.
Bei einer Gesamt-Ausgangsmenge Wasser von 230 g hat die Ausgangs-
Glucoselösung eine Konzentration von 500/l.
Am Ende der Reaktion (nach 45 min) ergab sich eine Aufteilung der 170 g
Zucker in die folgenden Gewichtsprozente: 19% Fructose, 80% Glucose und
1% Manose.
Es wurde derselbe Versuch wie Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurde der
Reaktor auf 60°C gebracht.
Am Ende des Versuches stellte sich heraus, daß 95 Prozent der 170 g Zucker
in den folgenden Gewichtsprozenten vorlag: 2% Fructose, 98% Glucose und
0% Manose.
Diese Beispiele zeigen, daß das verwendete Zeolith XK eine selektive
Adsorption der Glucose bei 60° ohne Isomerisation bewirkt, und eine
hervorragende Isomerisation der Glucose in Fructose bei 95°C.
Bei einem solchen Zeolith erhält man somit am Auslaß 4 der in der Figur
dargestellten Anlage kontinuierlich eine reine Fructoselösung in einem
einzigen Verfahrensschritt bei extrem niedrigen Herstellungskosten.
Claims (15)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Cetoselösung,
insbesondere Cetohexose ausgehend von einer Ausgangszuckerlösung
mit wenigstens einer Aldose, insbesondere wenigstens
eine Aldohexose, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein
vertikaler kontinuierlich arbeitender Multikontakt-Reaktor (1) verwendet
wird, daß die Ausgangs-Zuckerlösung kontinuierlich in den Reaktor (1)
eingeleitet wird, daß wenigsten ein Tectosilicat oder ein Argil, das
geeignet ist, einen heterogenen Isomerisationskatalysator für Aldosen
und Cetosen zu bilden, kontinuierlich im Reaktor (1) umgewälzt wird,
daß von oben nach unten im Reaktor wenigstens ein mikroporiger
Feststoff zur selektiven Adsorption umgewälzt wird, um selektiv
entweder die Aldosen der Ausgangslösung oder die aus der
Isomerisation hervorgehenden Cetosen zu adsorbieren, wobei
Kompatibilität mit den Isomerisationsbedingungen herrscht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß man einen einzigen Multikontakt-Reaktor (1) verwendet;
- - daß man die Ausgangs-Zuckerlösung auf einem Zwischenniveau des Reaktors (1) einleitet;
- - daß man wenigstens einen mikroporigen Feststoff zur selektiven Absorbtion der Aldosen aus der Ausgangs-Zuckerlösung auswählt;
- - daß man in den Reaktor (1) einen kontinuierlichen Strom des Lösungsmittels der Ausgangs-Zuckerlösung auf einem Niveau des Reaktors einleitet, das unter demjenigen liegt, auf welchem man die Ausgangs-Zuckerlösung einleitet;
- - daß man kontinuierlich die Cetoselösung auf einem Niveau des Reaktors (1) extrahiert, das sich oberhalb jenes befindet, auf welchem man die Ausgangs-Zuckerlösung einleitet, derart, daß das Verfahren in einem einzigen Verfahrensschritt und in einem einzigen Reaktor (1) durchgeführt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur im Reaktor (1) beziehungsweise in den Reaktoren in
wenigstens zwei voneinander verschiedenen Zonen (14,15) kontrolliert
wird, deren erste (14) auf eine Temperatur zwischen 30° und 90°C
gehalten wird, ausgewählt zum Begünstigen der Adsorption mittels
mikroporiger Feststoffe, und deren zweite (15) auf einer Temperatur
von zwischen 90° und 110°C gehalten wird, ausgewählt zum
begünstigen der Isomerisation der Aldosen in Cetosen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine
Temperatur in der Größenordnung von 60° in der ersten Zone
(Adsorptionszone) (14), und eine Temperatur in der Größenordnung
von 95° bis 100° in der zweiten Zone (Isomerisationszone) (15)
aufrechterhält.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Adsorptionszone (14) oberhalb des Einlasses (6) für die Ausgangszuckerlösung
in den Reaktor (1) angeordnet ist, und die
Isomerisationszone (15) unterhalb des Einlasses (6).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als heterogener Isomerisationskatalysator ein Tectosilicat oder ein
Argil in nicht-protonischer Form verwendet wird, funktionalisiert durch
metallische Kationen, insbesondere Alkali oder Erdalkali.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet
daß ein Tectosilicat oder ein Argil als mikroporiger Feststoff zur
selektiven Adsorption verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mikroporiger Feststoff zur selektiven Adsorption in
vorgeformten Teilchen verwendet wird, vorzugsweise in extrudierter
Form.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet
daß ein Katalysator verwendet wird, der sich von dem mikroporigen
Feststoff zur selektiven Adsorption unterscheidet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet
daß ein Tectosilicat oder ein Argil verwendet wird, geeignet zur
Übernahme der Rolle des Isomerisationskatalysators und des
mikroporigen Feststoffes zur selektiven Adsorption.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Tectosilicat oder das Argil ausgewählt wird, damit dieses die Rolle des
Katalysators verwendet, in einem Temperaturbereich, der
unterschiedlich ist von jenem, bei welchem er die Rolle des
mikroporigen Feststoffes zur selektiven Adsorption von Aldosen
übernimmt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Zeolith X in Gestalt von Kalium oder Barium verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine pulsierende Kolonne als Reaktor verwendet
wird.
14. Anlage zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche
1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen vertikalen,
kontinuierlich arbeitenden Multikontakt-Reaktor (1) aufweist,
insbesondere eine pulsierende Kolonne, ferner Mittel (12, 13) zur
Kontrolle der Temperatur im Reaktor (1) in wenigsten zwei voneinander
verschiedenen Zonen (14, 15), in denen zwei verschiedene
Temperaturen herrschen.
15. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen
Einlaß (6) für die Ausgangslösung aufweist, angeordnet auf einem
Zwischenniveau des Reaktors (1) und daß die Mittel (12, 13) zum
Kontrollieren dazu geeignet sind, die Temperatur oberhalb und
unterhalb des Einlasses der Ausgangslösung unabhängig zu
kontrollieren.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996114609 DE19614609A1 (de) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung aus Cetose durch Isomerisation von Aldose, sowie Anlage zum Durchführen des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996114609 DE19614609A1 (de) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung aus Cetose durch Isomerisation von Aldose, sowie Anlage zum Durchführen des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19614609A1 true DE19614609A1 (de) | 1997-10-16 |
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ID=7791165
Family Applications (1)
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DE1996114609 Withdrawn DE19614609A1 (de) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Lösung aus Cetose durch Isomerisation von Aldose, sowie Anlage zum Durchführen des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19614609A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005090375A1 (de) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Basf Aktiengesellschaft | Verfahren zur anreicherung von trehalose mit hilfe von alumosilicaten |
CN110749590A (zh) * | 2019-10-26 | 2020-02-04 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种现场快速检测蔗糖的比色试剂及其制备方法 |
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1996
- 1996-04-15 DE DE1996114609 patent/DE19614609A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005090375A1 (de) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Basf Aktiengesellschaft | Verfahren zur anreicherung von trehalose mit hilfe von alumosilicaten |
CN110749590A (zh) * | 2019-10-26 | 2020-02-04 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种现场快速检测蔗糖的比色试剂及其制备方法 |
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