DE2032744C3 - Verfahren zur Behandlung von Melasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der in Zuckerfabriken anfallenden Melasse, bei dem die Melasse verdünnt und die von der verdünnten Melasse gebildete Lösung einer Kaltausfällung durch Zugabe von Kalk unterworfen ist, so daß durch Filtrieren abtrennbarer Zuckerkalk entsteht, und bei dem eine Mischung der behandelten Melasse mit Kalk und verdünnter Melasse stattfindet.

Ein solches Verfahren ist aus der DT-PS 4 89 055 bekannt. Das bekannte Verfahren umfaßt zwei getrennte Schritte. Während des ersten Schrittes wird die gesamte Melasse in sich selbst zurückgeführt und es wird der Kalk graduell hinzugegeben. Während des zweiten Schrittes wird das Filtrationsprodukt in nicht näher angegebenen Anteilen mit einer Zuckersaftlösung vermischt, die 1 bis 2% Saccharose enthält. Während des zweiten Schrittes wird erneut Kalk hinzugefügt. Der Zweck des zweiten Schrittes besteht darin, das im ersten Schritt enthaltene Kalk-Trisaccharat zu reinigen, indem ein Teil des Mutterwassers, das alle in der eingesetzten Melasse enthaltenen Verunreinigungen enthält, durch das Trisaccharat ersetzt wird, das während des zweiten Schrittes gebildet wird.

Dieses bekannte Verfahren ist unwirtschaftlich, weil dabei ein Mutterwasser geringer Reinheit durch eine Saccharoselösung höherer Reinheit ersetzt wird und weil zusätzlicher Kalk hinzugeführt werden muß, um die Saccharose aus der Lösung erhöhter Reinheit auszufällen, obwohl diese Saccharose viel leichter durch Eindampfen und Auskristallisieren gewonnen werden könnte. Außerdem ist nicht erkennbar, wie durch eine Verdünnung der Melasse zum Ersatz des Mutterwassers die Reinheit des Produktes des ersten Verfahrensschrittes erhöht werden könnte.

Das Verfahren nach der DT-PS 4 89 055 ist eine Weiterentwicklung des von C. Steffen erfundenen und seinen Namen tragenden Grundverfahrens zur Gewinnung der in Melasse enthaltenen Saccharose durch Behandeln der Melasse mit Kalk. Das Steffen- Verfahren ist in dem Buch von Mc Gin η is-.»Beet Sugar Technology« ab Seite 559 beschrieben. Bei diesem Verfahren schließt sich an eine Kaltausfällung, bei der zu der auf einer Temperatur von weniger als 15° C gehaltenen Melasse feinpulverisierter Ätzkalk hinzugefügt wird, eine Warmausfällung an, bei der das von der Kaltausfällung stammende Filtrat auf eine Temperatur von 85⁰C gebracht wird. Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß es sich um ein diskontinuierliches Verfahren handelt. Weiterhin ist die Führung des Verfahrens von Steffen sehr kritisch, weil die Verfahrensbedingungen, einschließlich der Verdünnung der Melasse und der Bemessung der Menge des hinzuzufügenden Kalkes mit äußerster Genauigkeit eingehalten werden müssen. Endlich ist die Saccharose-Kalk-Kombination, die bei dem Steffen-Verfahren entsteht, ziemlich instabil, da sie sich ziemlich schnell zersetzt und der Zucker wieder in Lösung geht.

Aus der US-PS 22 81 025 ist eine bestimmte Temperatursteuerung bei solchen Verfahren bekannt, durch welche jedoch die grundsätzlichen Nachteile dieser Verfahren nicht vermieden werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß es kontinuierlich durchführbar ist und einen gut filtrierbaren Niederschlag ergibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die verdünnte Melasse vor der Kalkzugabe mit vollständig kalt behandelter Melasse im Verhältnis von 1 Volumenteil verdünnter Melasse zu 3 bis 7 Volumenteilen der behandelten Melasse kontinuierlich gemischt wird und daß nur der nicht zur Mischung mit der verdünnten Melasse zurückgeführte Anteil der behandelten Melasse zum Abtrennen des Zuckerkalkes filtriert wird.

Die Vorteile, die durch die Erfindung erzielt werden, bestehen im wesentlichen darin, daß die Kaltausfällung in Lösungen mit einem geringen Gehalt an gelöster Saccharose stattfindet, eine hohe Gleichmäßigkeit und eine gute Stabilität der verschiedenen Phasen der Kaltausfällung erzielt werden, eine sehr bedeutende Verminderung der Filteroberfläche erreicht wird, die zur Abtrennung des Niederschlages erforderlich ist, der Niederschlag sehr viel leichter zu waschen ist, infolgedessen sehr viel reiner wird und eine höhere Ausbeute an weißem Zucker erzielt wird, der Zuckerkalk eine höhere Stabilität aufweist, die zum Ausfällen der Saccharose erforderliche Menge an Kalk vermindert werden kann, ein erheblicher Anteil des Ätzkalkes durch Kalkmilch ersetzt werden kann, die Möglichkeit besteht, die Melasse mit einem bedeutenden Anteil des Filtrats, das von der Kaltausfällung stammt, und dem zum Waschen des Niederschlages verwendeten Wasser zu verdünnen und endlich ein weniger fein gemahlener Ätzkalk verwendet werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Kalkzugabe kontinuierlich an einer Stelle, die in Strömungsrichtung hinter der Stelle liegt, an der die Mischung der rückgeführten Melasse mit der verdünn-

en Melasse stattfindet, und es wird der Kalk in Richtung mf diese Stelle eingeleitet, so daß ein Gradient der Mkalität entsteht, die von der Stelle, an der die Mischung zwischen der rückgeführten und der verdünnten Melasse stattfindet, bis zu der Stelle der Kalkzugabe' zunimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Melasse entweder mit reinem Wasser oder mit einer Mischung aus reinem Wasser und dem Filtrat, das aus der Kaltausfällung stammt, und/oder dem zum Waschen des Niederschlages verwendeten Wasser bis auf einen Zuckergehalt von 6% verdünnt. Anschließend wird kontinuierlich diese verdünnte Melasse mit 3 bis 7 Volumenanteilen, vorzugsweise mit 4 bis 5 Volumenanteilen, bereits behandelter und rückgeführter Melasse vermischt. Nachdem eine ausreichende Vermischung stattgefunden hat, werden kontinuierlich 70 bis 130 g, vorzugsweise 100 bis 130 g Kalk auf 100 g eingesetzte Saccharose hinzugefügt. Die Kalkzugabe erfolgt entweder vollständig in Form von Ätzkalk oder aber teils in Form von Kalkmilch und teils in Form von Ätzkalk, und zwar in solcher Weise, daß ein Gradient der Alkalität entsteht, die von der Steile, wo die Mischung der verdünnten Melasse mit der rückgeführten Melasse stattfindet, bis zu der Stelle, an der der Kalk hinzugefügt wird, zunimmt.

Die rückgeführte behandelte Melasse hält den Zuckerkalk ebenso wie den freien Kalk in Suspension und dient aufgrund dieser Tatsache als Haupt-Fällungsmittel. Dabei durchläuft die Mischung aus der verdünnten Melasse und der rückgeführten behandelten Melasse einen Gradienten zunehmender Alkalität.

Bei dieser Verfahrensweise beginnt die Ausfällung des Zuckers in einem Milieu mit sehr geringer Zuckerkonzentration und in Gegenwart von bereits ausgefällten Zuckerkalk, der als Träger für den neuen Niederschlag dient, und setzt sich in einem Milieu mit zunehmender Alkalität fort, was wahrscheinlich die bessere Filtrierbarkeit und die große Stabilität des erhaltenen Zuckerkalkes erklärt.

In der Praxis können 60% des Wassers, das zur Verdünnung der Melasse eingesetzt wird, durch Filtrat, das von der Kaltausfällung stammt, und/oder durch zum Waschen des Niederschlages verwendetes Wasser ersetzt werden.

Weiterhin kann ohne Schwierigkeiten ein pulverförmiger Ätzkalk mit relativ grober Körnung verwendet werden, beispielsweise ein Ätzkalk, der nur einen Anteil von 70% an Teilchen hat, die ein Sieb mit 74μητ so Maschenweite passieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es weiterhin, 50 bis 60% des Ätzkalkes durch Kalkmilch zu ersetzen, und es können die beiden Zugaben an verschiedenen Stellen des Verfahrensablaufes erfolgen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigt fto

Fig. 1 in schematischer Darstellung teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine erste Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach

Fig. 3 eine schematische Darstellung, ebenfalls tpilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, einer zweiten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV durch die Vorrichtung nach F i g. 3,

Fig.5 eine graphische Darstellung der mit Hilfe der Erfindung erhaltenen Ergebnisse im Vergleich zu den Ergebnissen des Steffen-Verfahrens,

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 7 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach F ig. 6.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im wesentlichen ein Behälter benötigt, der mit einem Rührer und einem Umlauf versehen ist, sowie eine Kühleinrichtung. Die Wärmeabfuhr, die zur Kompensation der durch die Reaktion freigesetzten Kalorien erforderlich ist, kann dadurch erfolgen, daß die behandelte und rückgeführte Melasse durch einen in den Kreislauf eingeschalteten Wärmeaustauscher geführt wird. Es versteht sich, daß verschiedene Varianten einer solchen Vorrichtung möglich sind.

Bei einer ersten Ausführungsform, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird von einem zylindrischen, oben offenen Behälter 1 mit konischem Boden Gebrauch gemacht. Dieser Behälter 1 ist mit einem Rührer 2, der eine Schraube 3 und Rührflügel 4 aufweist, und einem Rohrsystem 5 zur Rückführung versehen, in dem sich ein Kühler 6 und eine Pumpe 8 befindet. Im Inneren des Behälters 1 trennt eine Wand 10, die beispielsweise durch Schweißen an der Wand des Behälters 1 befestigt ist, ein Überlaufabteil 9 ab.

Die auf einen Saccharosegehalt von etwa 6% verdünnte Melasse wird dem zur Rückführung dienenden Rohrsystem 5 kontinuierlich über ein Rohr 7 zugeführt und kontinuierlich mit der aus dem Behälter 1 kommenden, bereits behandelten Melasse gemischt. Die Mischung passiert den Kühler 6, damit ihre Temperatur auf unter 15°C abgesenkt wird, und wird dann mit Hilfe der Pumpe 8 in den konischen Boden des Behälters 1 gedrückt. Die Zugabe des Kalkes 2a erfolgt an der Stelle, wo die von der Schraube 3 mitgenommene Flüssigkeit eine Vertiefung bildet. Der Kalk wird von der Schraube 3 in Richtung auf den Boden des Behälters 1 gedruckt und erzeugt auf diese Weise einen Gradienten der Alkalität, die vom Boden des Behälters bis zu seinem oberen Ende hin zunimmt. Ein Volumenanteil der behandelten Masse fließt kontinuierlich über den Überlauf 9 ab, um einer Filtration zugeführt zu werden, während 3 bis 7 Volumenanteile und vorzugsweise 4 bis 5 Volumenanteile der behandelten Masse durch das Rohrsystem 5 rückgeführt werder

Bei einer zweiten Ausführungsform bedient man sich eines oben offenen, horizontalen Behälters 11 mil halbkreisförmigem Boden, wie er schematisch in der Fig.3 und 4 dargestellt ist. Dieser Behälter kanr gegebenenfalls mit einer Doppelwand 12 ausgestattei sein, durch die eine Kältemischung hindurchgeführ wird. Der Behälter 13 ist im Inneren auf einem Tei seiner Höhe durch Wände 13 in Abteile unterteilt. Be der Ausführungsform nach F i g. 3 sind sechs solchei Abteile I bis Vl vorgesehen. In jedem Abteil befinde sich ein Rührer 14. Das Abteil V ist außerdem mit einen Schraubenrührer 15 versehen. Vom Boden des Abteile: VI geht ein Rohrleitungssystem 16 zur Rückführung aus die im Abteil I unterhalb des Flüssigkeitsspiegel 2( mündet. In diesem Rohrleitungssystem 16 befindet siel eine Pumpe 17 und ein Kühler 18.

Mit Hilfe einer Leitung 19 wird in das Abteil 1 kontinuierlich Melasse eingebracht, die auf einen Gehalt von 6% Saccharose verdünnt ist. Diese Leitung 19 mündet unterhalb des Spiegels 20 der sich in dem Behälter 11 befindenden Flüssigkeit. Behandelte Melasse wird am Boden des Abteils Vl durch das Rohrleitungssystem 16 entnommen und mit Hilfe der Pumpe 17 in das Abteil 1 rückgeführt. Die behandelte Melasse passiert dabei den Kühler 18. Die Rückführung der behandelten Melasse erfolgt an der Stelle, an der auch die Leitung 19 zum Zuführen der auf einen Gehalt von 6% Saccharose verdünnten Melasse mündet.

Die auf einen Saccharosegehalt von 6% verdünnte Melasse wird innig mit der behandelten und rückgeführten Melasse gemischt und es gelangt diese Mischung durch Überlaufen vom Abteil 1 in das Abteil II und so fort. Der Kalk wird kontinuierlich durch eine Leitung 15a in das Abteil V eingeführt, in dem er mit Hilfe des Schraubenrührers 15 innig mit der Flüssigkeit vermischt wird.

Infolge der Turbulenzen, die von den Rühren 14 verursacht werden, gelangt ein Teil der Mischung aus dem Abteil V rückwärts in das Abteil IV und so fort und erzeugt auf diese Weise einen Gradienten der Alkalität, die vom Abteil 1 bis zum Abtei! V zunimmt.

Ein Volumenanteil der behandelten Masse fließt kontinuierlich über den Überlauf 21 des Abteils Vl, wogegen 3 bis 7 Volumenanteile und vorzugsweise 4 bis 5 Volumenanteile der behandelten Melasse in das Abteil 1 rückgeführt werden.

Bei einer dritten Variante wird von einer Vorrichtung mit interner Rückführung Gebrauch gemacht, wie sie in Zuckerfabriken gewöhnlich für die progressive Vorkalkung verwendet wird. Eine solche Vorrichtung ist in den F i g. 6 und 7 schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung ist übrigens der Vorrichtung nach den Γ i g. 3 und 4 sehr ähnlich und es sind daher die gleichen oder ähnliche Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen verschen. Die Vorrichtung nach den Fig.6 und 7 enthält einen Satz beweglicher Flügel 22 oder eine andere geeignete Einrichtung, die es ermöglicht, einen Teil der Flüssigkeit des letzten Abteils Vl in das vorhergehende Abteil V und von diesem wieder in das vorhergehende und so fort von hinten nach vorn zu schaffen, während gleichzeitig die eintretende Flüssigkeit von Abteil zu Abteil von vorn nach hinten fortschreitet und am hinteren Ende der Vorrichtung abgezogen wird. Bei dieser Ausführungsform bei der vorteilhaft von einer Horizontalvorrichtung Gebrauch gemacht wird, wie dem Brieghel-Müller-Vorkalker, der in dem belgischen Patent 4 97 708 vom 22.8. 1950 beschrieben ist. Diese Vorrichtung kann vorteilhaft diejenige nach den F i g. 3 und 4 ersetzen. Im Hinblick darauf, daß bei einer solchen Vorrichtung die interne Rückführung nach Belieben eingeregelt werden kann, kann möglicherweise das Rohrsystem 16 zur Rückführung der behandelten Melasse entfallen, sofern eine größere technische Komplikation der Vorrichtung von Brieghel-Müller in Kauf genommen wird, die darin besteht, daß ausreichende Kühlflächen angebracht werden müssen, um die bei der Reaktion freigesetzte Wärme abzuführen.

Es ist jedoch vorteilhaft, zugleich von einer inneren und einer äußeren Umwälzung Gebrauch zu machen, weil hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, genau den Variationsbereich der Alkalität zu regeln und zugleich das Volumen des Reaktionsbehälters zu vermindern.

Die drei beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur als Beispiel gegeben und es versteht sich, daß andere Varianten vorgesehen werden können.

Um die Bedeutung des kontinuierlichen Verfahrens nach der Erfindung zu demonstrieren, wurden Vergleichsversuche vorgenommen, bei denen die Melasse einerseits nach dem diskontinuierlichen Verfahren von Steffen und andererseits nach dem kontinuierlichen Verfahren nach der Erfindung behandelt wurde. Das Verfahren nach der Erfindung wurde in Vorrichtungen gemäß den beiden vorstehend beschriebenen Varianten ausgeführt. Die verwendeten Versuchsbedingungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Tubelle I

Steffen

I. Variante

2. Vnr'mmc

Steffen

An der Behandlung

diskonti- kontinuierlich kontinuierlich

nuierlich

Verdünnung der eingesetzten ±6% ±6% ±6%

Melasse

Volumen der ruckgeführten 0% 400—500% 400—500%

Melasse

Menge des pro 100 g Zucker 130 130

eingesetzten CaO in g

Zum Filtern von 500 cm! be· 30" 10" 9"

nötigte Zeil

diskontinuierlich ±6%

0%

1'57"

2. Variante kontinuierlich

±6%

400-500%

70

16"

Die Resultate der Filterung sind in der folgenden Tabelle Il aufgeführt und durch die Kurven der FIg,5 wiedergegeben, Die Fllterzolten wurden festgestellt, indem die behandelte Melasse unter einem Druck von 600 mm Hg in einem Buchner·Filter von I dm¹ Fliterflü· ehe, der mit einem Lainyl-Tuch verschen war, gefiltert wurde. In Fig, 5 1st die Filterzcit in der Ordinate In Minuten ungegeben, wahrend die Menge des Filirats nt der Abszisse In cm³ aufgetragen ist. Die Kurve entspricht der Behandlung nach Steffen, wogegc fts die Kurve 2 die Ergebnisse des kontinuierlich! Verfahrens gemäß der ersten Variante und die Kurve die Ergebnisse des kontinuierlichen Verfahrens geml der zweiten Variante der Erfindung wiedergibt.

η ι, η h

Tabelle Il

Steffen

1. Variante

2. Variante

Menge des Filtrats, cm³

200

400

600

800 1000 1100 1200

Menge des in 100 cm³ Lösung zurückgebliebenen Zuckers in g

Stabilität des Zuckerkalks Polarisation nach einer Ruhezeit 0'

15'

30'

45'

60'

Scheinbare Reinheit des Zuckerkalks

8"	3"
41"	11"
Γ45"	28"
3Ί8"	54"
	t'24"
	Γ41"
	2'

±0,4

0,31 0,36 0,42 0,47 0,52 ±0,4

3"

10"

25"

47"

1Ί4"

Γ29"

Γ46"

±0,4

0,36	0,36
0,36	0,36
0,36	0,36
0,36	0,36
0,36	0,36
1 Punkt besser als beim	1 Punkt besser als beim
diskontinuierlichen Ver	diskontinuierlichen Ver
fahren	fahren

Um die Stabilität der Saccharose-Kalk-Kombination, also des Zuckerkalkes zu bestimmen, von der in der Tabelle 11 die Rede ist, wird am Ausgang der zur Kaltausfällung dienenden Vorrichtung eine bestimmte Menge der behandelten Melasse entnommen. Eine erste Teilmenge dieser Probe wird sofort einer Filtrierung unterzogen und es wird die im Filtrat zurückgebliebene Saccharose bestimmt. In gleicher Weise wird mit einer gleichen Teilmenge nach 15 Minuten Wartezeit verfahren und es werden weitere gleiche Teilmengen nach 30 Minuten, 45 Minuten und 60 Minuten untersucht.

.ίο

Zur Ermittlung der Reinheit des Zuckerkalkes wire der durch Filtrieren gewonnene Zuckerkalk in destillier tem Wasser in einem Verhältnis von 100 g Zuckerkall· auf 100 g destilliertes Wasser suspendiert. Diest Suspension wird auf 85°C gebracht und bis zur mi Phenolphtalcin festgestellten Neutralität mit Kohlen dioxid behandelt. Dann wird zur Abscheidung de: gebildeten CaCOj gefiltert und der im Filtrat enthalten« Zucker durch Polarisationsmessung und Trockcnmassi rcfraktometrisch festgestellt, Es gilt dann

, . , „ . . . Saccharose ,„,.

scheinbare Reinheit = --,=—j · 100.

Trockenmasse

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung der in Zuckerfabri ken anfallenden Melasse, bei dem die Melasse s Verdünnt und die von der verdünnten Melasse gebildete Lösung einer Kaltausfällung durch Zugabe von Kalk unterworfen ist, so daß durch Filtrieren abtrennbarer Zuckerkalk entsteht, und bei dem eine Mischung der behandelten Melasse mit Kalk und ι ο verdünnter Melasse stattfindet, dadurch ge kenn ze i c h η e t, daß die verdünnte Melasse vor der Kalkzugabe mit vollständig kalt behandelter Melasse im Verhältnis von einem Volumenteil verdünnter Melasse zu 3 bis 7 Volumenteilen der behandelten Melasse kontinuierlich gemischt wird und daß nur der nicht zur Mischung mit der verdünnten Melasse zurückgeführte Anteil der behandelten Melasse zum Abtrennen des Zuckerkalkes filtriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalkzugabe kontinuierlich an einer Stelle erfolgt, die in Strömungsrichtung hinter der Stelle Hegt, an der die Mischung der rückgeführten Melasse mit der verdünnten Melasse stattfindet, und der Kalk in Richtung auf diese Stelle zurückgedrängt wird, so daß ein Gradient der Alkalität entsteht, die von der Stelle, an der die Mischung zwischen der rückgeführten und der verdünnten Melasse stattfindet, bis zu der Stelle der Kalkzugabe zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumenteil verdünnter Melasse mit vier bis fünf Volumenteilen bereits behandelter Melasse gemischt wird.

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