DE2115126A1

DE2115126A1 - Verfahren zur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen

Info

Publication number: DE2115126A1
Application number: DE19712115126
Authority: DE
Inventors: H Hitzel; E Moebes
Original assignee: SUGAR CHEM CO ETS
Current assignee: SUGAR CHEM CO ETS
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-03-29
Publication date: 1972-04-20
Also published as: SE373876B; AT315775B; IT1049520B; FR2109568A5; US3715235A; DE2115126B2; BE765372A; CH554942A; DE2115126C3; NL7104378A; ES396331A1; GB1343847A

Description

BB 14'239

Sugar Chemical Co. Etablissement Vaduz / P.L.

Verfahren zur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren aur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen, die mit Carbonat- und/oder Bicarbonataustauschern in Verbindung mit einem Ammoniumaustauscher oder einem schwach sauren Kationenaustaueeher in der Wasserstofform vorbehandelt sind und aus denen der gegebenenfalls vorhandene Gehalt an Ammoniak und Kohlensäure ganz oder teilweise entfernt wurde.

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Es ist "bekannt, technische Zuckerlösungen dadurch zu reinigen, dass sie nacheinander mit einem stark sauren Kationenaustauscher in der Wasserstofform und einem schwach basischen Anionenaustauscher in der Molekülform behandelt werden. Dieses Verfahren hat Eingang in die Zuckerindustrie gefunden, hat jedoch den Nachteil, dass höchstens 60 i» der Zuckerlösung behandelt werden können, da eine weitergehende Reinigung infolge von Farbinstabilität der gereinigten Zuckerlösungen nicht durchgeführt werden kann. Die Regenerierung der Austauscher erfolgt mit Schwefelsäure und Alkalihydroxyd oder Ammoniak.

Weiterhin ist bekannt, technische Zuckerlösungen mit einer Kombination von mit Kohlensäure beladenen stark basischen Anionenaustauschem und mit Ammoniumionen beladenen Kat ionenaustauschern zu behandeln und so die technischen Zuckerlösungen weitgehend zu entfärben und etwa 30 bis 45 $> der Nichtzuckerstoffe (Verunreinigungen) zu entfernen. Eine Variante dieses Verfahrens verwendet mit dem gleichen Zweck eine Kombination von mit Kohlensäure beladenen Anionenaustauschem und einem sehr ichwach sauren Kationenaustauscher in der Wasserstofform. Beide Verfahren haben den Nachteil, den verwendeten Anionenaustauscher nur sehr mangelhaft auszunutzen, wodurch die Verunreinigungen der technischen Zuckerlösung nur zu etwa 30 bis 45 fi, entfernt werden können, wobei das gesamt Betain und ein grosser Teil der Aminosäuren nach der Reinigung in der Zuckerlösung verbleiben und zur Melasse-Bildung beitragen. Die geringe Ausnutzung der Anionenaustauscher zwingt zur Anwendung relativ grosser Mengen derselben, die durch irreversible Beladung einem Verschleiss ausgesetzt sind.

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In neuester Zeit ist noch der Decolmin-Prozess bekannt geworden, der in einer Kombination der sauren Variante des Carbonat-Verfahrens mit dem konventionellen sauren Vollentsalzungsverfahren besteht, das oben beschrieben wurde.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass ein stark basischer Anionenaustauscher, der mit CO,-Ionen beladen war, diese zum Teil gegen die Anionen einer technischen Zuckerlösung ausgetauscht hat und mit diesen beladen ist, weitere Anionen aufzunehmen vermag, wenn diese in der Form freier Säuren angeboten werden, ohne die bereits auf dem Austauscher vorhandenen Anionen wieder abzugeben. Es gelingt so, den Anionenaustauscher weit stärker mit den Anionen einer technischen Zuckerlösung zu beladen, als es durch den Austausch von CO,-Ionen gegen die Anionen verunreinigter Zuckerlösungen möglich ist. Hit diesem erfindungsgemässen Verfahren können die Verunreinigungen technischer Zuckerlösungen fast vollständig entfernt werden, ohne auf die Vorteile des bekannten Austausches der Anionen gegen CO_-Ionen verzichten zu müssen.

Die Erfindung demnach besteht nun darin, dass man die oder eine im Verlauf des Eindampfungs- und Kristallisationsprozesses hieraus anfallende Lösung mit einem Kationenaustauscher in der Wasserstofform behandelt, worauf die erhaltene Lösung auf die Carbonat- und/oder Bicarbonataustauscher zurückgeführt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird in der Praxis wie folgt in mehreren Schritten durchgeführt:

1. Schritt: 16 bis 20 Volumen einer verdünnten Zuckerlösung mit einem Gehalt an Trockensubstanz von 15 H

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und einem Zuckergehalt von 85 "bis 95 # auf Trockensubstanz werden über eine Kombination eines stark basischen, makroporösen Anionenaustauschers mit einem stark basischen Anionenaustaueeher in der Gel-Form perkoliert, die beide durch Behandlung mit Ammoncarbonat in die Carbonat- und/oder Bicarbonatform gebracht wurden. Die erhaltene entfärbte Zuckerlösung wird nun zur Entfernung des gebildeten Alkalicarbonates entweder mit einem Ammoniumaustauscher oder mit einem sehr schwach sauren Kationenaustauscher in der Wasserstoffform behandelt. Das gebildete Ammoncarbonat wird durch Kochen entfernt.

2. Schritts Aus der so vorbehandelten Zuckerlösung wird der Zucker durch Kristallisation entfernt, bis der Zuckergehalt der Lösung auf 70 bis 80 i» bezogen auf Trockensubstanz gesunken ist.

3. Schritt: Der nach der Kristallisation verbleibende Muttersirup wird nun über eine ausreichende Menge eines stark sauren Kationenaustauschers in der Wasserstofform perkoliert, um die restlichen Kationen, die restlichen Aminosäuren und das Betain zu entfernen. Zur Vermeidung von Inversionsverlusten muss diese Behandlung der Zuckerlösung bei tiefer Temperatur

- etwa 1O⁰C - durchgeführt werden.

4. Schritt: Die erhaltene saure Zuckerlösung wird nun zur Absorption der freien Säuren über die nicht regenerierten Anionenaustauscher perkoliert, die bei Schritt 1 zur Vorreinigung der Zuckerlösung verwendet wurden. Aus dem Muttersirup nach Schritt 2 wird eine Zuckerlösung erhalten, die 90 bis 98 i» Zucker, bezogen auf Trockensubstanz, enthält und deren Verunreinigungen weitgehend entfernt sind.

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Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel It

1.) 10,0 Liter einer technischen Zuckerlösung mit folgender Zusammensetzung: TS:15,0; Zucker: 13»6; Zuckergehalt: 90,6 # TS., Alkalicarbonat: 4,0 mval i. Liter, enthaltend 144o g Zucker, 150,0 g Verunreinigungen, wurde bei 70⁰C über 200 cnr eines makroporösen Entfärbungsharzes (Lewatit MP 500A) und anschliessend über 400 cm eines stark basischen Gel-Anionenaustauschers (Lewatit M 500), die sich beiden in der C0_-Form befinden, perkoliert. Die erhaltene Zuckerlösung enthielt nach dieser Behandlung 32,0 mval CO, als Alkalicarbonat bzw. Bicarbonat je Liter Lösung. Es wurden 280 mval Anionen der Zuckerlösung gegen C0--Ionen ausgetauscht. Die Zuckerlösung

3 wurde nun zur Entfernung des Alkalicarbonates mit 100 cm eines schwach sauren KatIonenaustauschers in der Wasserstoffform behandelt. Die Zuckerlösung hatte danach folgende Zusammen Setzung: TS: 14»49 g; Zucker: 13.6; Zuckergehalt 93,9 $> TS; pH: 8,4, Die Lösung enthält: 1440 g Zucker, 93,Og Verunreinigungen = 62 # der ursprünglichen Menge. Es wurden 38,0 i» der Verunreinigungen entfernt.

2.) Die Zuckerlösung wurde zur Kristallisation gebracht, bis der verbleibende Muttersirup folgende Zusammensetzung hatte: TS: 47,25; Zucker: 33,55; Zuckergehalt: 71,01 £ TS Die Lösung enthält 228 g Zucker und 93,0 g Verunreinigungen.

3.) Dieser Muttersirup wurde nun nach Verdünnung über 400 ml eines stark sauren Eat ionenaustauscher in der Wasserstoffform bei einer Temperatur von 10⁰C perkoliert.

4.) Die erhaltene saure Lösung, die insgesamt 192,5 mval freie Säuren enthielt, wurde nun über die bereits beladenen

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Anionenaustauscher (siehe Schritt 1) perkoliert. Die aus den Anionenaustauscher ablaufende Zuckerlösung hatte folgende Zusammensetzung (nach Konzentrierung );

TS: 52,9; Zuckers 49,05? Zuckergehalt: 92,72 g TS; pH: 7,3.

Die gereinigte Zuckerlösung enthielt: 228 g Zucker, 17,8 g Verunreinigungen = 12,0 % der ursprünglich vorhanden gewesenen Verunreinigungen. Bs wurden daher 88 $> der Nichtzuckerstoffe aus der technischen Zuckerlösung entfernt. Dies hat zur Folge, dass die Zuckerausbeute aus der gereinigten Zuckerlösung von 84,4 % auf 98,8 % steigt.

Die Regenerierung der beladenen Anionenaustauscher mit Ammoncarbonat ergab:

Entfärbungsaustauscher Lewatit MP 500A: 118 mval An./200 cm'=

590 mval/L.Aust.

Carbonat-Austäuscher Lewatit M 500: 360 mval An./400 cm =

900 mval/L.Aust.

Die Beladung der Carbonat aus tauscher war demnach 478 mval für 600 ml Austauscher, während beim CO„-Austausch nur 280 mval erreicht wurden, es ist eine Erhöhung der nutzbaren Kapazität der Anionenaustauscher auf 180 i» des Wertes eingetreten, der mit dem Carbonataustausch erreicht werden kann. Die Aufnahmefähigkeit der Anionenaustauscher für Nichtzuckerstoffe erhöhte sich von 57 g auf 132 g = 232 #.

gegebene Beispiel zeigt die !4öglichkeit, eine technisch® Zuckerlösung praktisch vollständig von den Verunreinigungen zu befreien. Dies ist jedoch nur dann durchführbar, wenn di© Zuckerlösung nur sehr geringe Mengen Raffinose enthält, da diese bei Anreicherung über et^ra 6 f» auf TS. zn Störungen

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— ι —

bei der Kristallisation der Saccharos führt. Aus diesem Grunde muss eine Teilung des mit einem Kationenaustauscher zu behandelnden Muttersirups vorgenommen werden, der sich nach dem Raffinosegehalt der au verarbeitenden Zuckerlösung in der Weise richtet, dass mit dem verbleibenden nicht behandelten Anteil des Muttersirups die vorhandene Raffinose ohne Störung der Kristallisation aus dem Kristallisationsprozess entfernt werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet auch die Möglichkeit, sehr unreine technische Zuckerlösungen, so z.B. Melasse oder ein Vorprodukt derselben zu reinigen und den darin enthaltenen Zucker durch Kristallisation zu gewinnen.

Beispiel 2;

400,0 g einer Melasse mit folgender Zusammensetzung:

TS 84,3» Zucker 52,30; Reinheit 62,0; pH 8,4;. Asche (SOj 11,89 ft TS; N₂ 2,75 % TS; Inv.Zucker 0,297 % TS; Betain 7,08 % TS., enthaltend 337,0 g Trockensubstanz, 209,0 g Zucker, 128,0 g Verunreinigungen, wurden wie in Beispiel 1 nach passender Verdünnung über 200 ml eines makroporösen stark basischen Anionenaustauschers und über 400 ml eines stark basischen Gel-Anionenaustauschers perkoliert, die durch Behandlung mit Ammoncarbonat in die Carbonatform gebracht waren. Zur Entfernung des Alkalicarbonates wurde die Melasselösung über einen schwach sauren Kationenaustauscher in der Wasserstofform perkoliert. Die konzentrierte Melasse hatte nun folgende Zusammensetzung:

TS 44,10; Zucker 31,95; Reinheit 72,45; pH 8,50; Asche SO₄) 7,615 * TS; Stickstoff 2,673 & TS; Betain 11,42 Ji TS.

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Ia dar Lösung waren ToiiiaMans Zucker 209 g» Trockensubstanz 5 288 gj if ieht zucker 79 g» Verunreinigungen entfernt: 49 g = 38,3 *.

Diese Lösung wurde über 400 ml eines stark sauren Kationenaustauchers in der Wasserstofform bei 9fO°C perkoliert. Die erhaltene Lösung hatte folgende Zusammensetzung:

TS 13,7; Zucker 12,20; Reinheit 89.05; pH 2,25; Stickstoff 0,647 f> TS. Diese saure Lösung wurde nun über die nicht regenerierten Anionenaustauscher perkoliert, die vorher einen Teil der Anionen gegen C0_-Ionen der Melasselösung ausgetauscht und dabei 49 g Nichtzuckerstoffe aufgenommen hatten. Es ergab sich eine Zuckerlösung mit folgender Zusammensetzung:

TS 49,16; Zucker 47,40; Reinheit 96,43; pH 7,4; Asche (SO ) 0,640.3$ TSj Stickstoff 0,273 i» TS; Betain 0,37 & TS. Die Zuckerlösung enthält: 209 g Zucker, 217 g Trockensubstanz, 8,0 g Verunreinigungen. Bs wurden somit 120 g Nichtzuckerstoffe = 93 »7 $> aus der ursprünglichen Melasse entfernt. Dies bedeutet, unter der Voraussetzung, dass mit den in der Zuckerlösung verbliebenen Nichtzuckerstoffen eine Melasse mit der Reinheit 60,0 gebildet wird, dass 197 g = 94,2 % des Zuckers gewonnen werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen, die mit Carbonat- und/oder Bicarbonataustauschem in Verbindung mit einem Ammoniumaustauscher oder einem schwach sauren Kationenaustauscher in der Wasserstofform vorbehandelt sind und aus denen der gegebenenfalls vorhandene Gehalt an Ammoniak und Kohlensäure ganz oder teilweise entfernt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass man die oder eine im Verlauf des Eindampfungs- und Kristallisationsprozesses hieraus anfallende Lösung mit einem Kationenaustauscher in der Wasserstofform behandelt, worauf die erhaltene Lösung auf die Carbonat- und/oder Bicarbonataustauscher zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Behandlung der aus dem Kationenaustauscher in der Wasserstofform ablaufenden Zuckerlösung ein Carbonat- und/oder Bicarbonataustauscher benutzt wird mit dem bereits eine technische Zuckerlösung vorbehandelt wurde, der unregeneriert und teilweise mit Nichtzuckerstoffen technischen Zuckerlösung beladen ist.

ÜT/PS - 15.2.1971

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