DE2115126B2 - Verfahren zur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen - Google Patents

Description

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

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 fi07o der Zuckerlösung behandelt werden können, da eine weilergehende 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 Anioncnaustauschern und mit Ammoniumionen beladcnen Kationenaustauschern 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 Anionenaustauschern und einem sehr schwach sauren Kationenaustauschcr 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% ■ entfernt werden können, wobei das gesamte 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 in großer Mengen derselben, die durch irreversible Beladung einem Verschleiß ausgesetzt sind.

In neuester Zeit ist noch der Decolmin-Prozeß bekanntgeworden, der in einer Kombination der sauren Variante des Carbonat-Verfahrens mit dem konvenn tionellen sauren Vollentsalzungsverfahren besteht, das oben beschrieben wurde.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein neues Verfahren zu schaffen, mit dem die Verunreinigungen technischer Zuckerlösungen fast vollständig 2" entfernt werden können, ohne auf die Vorteile des bekannten Austausches der Anionen gegen CO₃-Ionen verzichten zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs geschilderten Verfahren so vorgegangen, daß man die 2t oder eine im Veraluf des Eindampfungs- und Kristallisationsprozesses hieraus anfallende Lösung mit einem Kationenaustauscher in der Wasserstofform behandelt und so dann auf die Carbonat- und/oder Bicarbonataustauscher zurückführt.
«ι Es ist überraschend, daß ein stark basischer Anionenaustauscher, der mit COylonen beladen war, diese zum Teil gegen die Anionen einer technischen Zuckerlösung ausgetauscht hat und mit diesen beladen ist, weitere Anjonen aufzunehmen vermag, wenn i'i diese in der Form freier Säuren angeboten werden, ohne die bereits auf dem Austauscher vorhandenen Anionen wieder bzugeben, so daß es jetzt möglich ist, den Anionenaustauscher weit stärker mit den Anionen einer technischen Zuckerlösung zu beladen, ■in als es durch den Austausch von CCylonen gegen die Anionen verunreinigter Zuckerlösungen möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Praxis wie folgt in mehreren Schritten durchgeführt:
r, 1. Schritt: 16 bis 20 Volumein einer verdünnten Zuckerlösung mit einem Gehalt an Trockensubstanzen von 15% und einem Zuckergehalt von 85 bis 95% auf Trockensubstanz werden über eine Kombination eines stark basischen, makroiii porösen Anionenaustauschers mit einem stark

basischen Anionenaustauscher in der Gel-Form perkoliert, die beide durch Behandlung mit Ammoncarbenat in die Carbonat- und/oder Bicarbonatform gebracht wurden. Die erhaltene entr, färbte Zuckerlösung wird nun zur Entfernung

des gebildeten Alkalicarbonates entweder mit einem Ammoniumaustauscher oder mit einem sehr schwach sauren Kationenaustauscher in der Wasserstofform behandelt. Das gebildete Amhii moncarbonat wird durch Kochen entfernt.

2, Schritt; Aus der so vorbehandelten Zuckerlösung wird der Zucker durch Kristallisation entfernt, bis der Zuckergehalt der Lösung auf 70 bis 80%, bezogen auf Trockensubstanz, gesun-

(,■-, ken ist.

3. Schritt: Der nach der Kristallisation verbleibende Muttersirup wird nun über eine ausreichende Menge eines stark sauren Kationenaus-

tauschers 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 10° C - 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 Zukkerlösung verwendet wurden. Aus dem Muttersirup nach Schritt 2 wird eine Zuckerlösung erhalten, die 90 bis 98% Zucker, bezogen auf Trockensubstanz, enthält und deren Verunreinigungen weitgehend entfernt sind.
Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

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 1440 g Zucker, 150,0 g Verunreinigungen, wurde bei 70° C über 200 cm³ eines makroporösen Entfärbungsharzes und anschließend über 400 ro³ eines stark basischen Gel-Anionenaustauschers, die sich beide in der COj-Form befinden, perkoliert. Die erhaltene Zuckerlösung enthielt nach dieser Behandlung 32,0 mval CO₃ als Alkalicarbonat bzw. Bicarbonat je I ^:ler Lösung. Es wurden 280 mval Anionen der Zuckerlösung gegen CO₃-Ionen ausgetauscht. Die Zuckerlösung wurde nun zur Entfernung des Alkalicarbonat mit 100 cm' eines schwach sauren Kationewaustauschers in der Wasserstofform behandelt. Die Zuckerlösung hatte danach folgende Zusammensetzung: TS: 14,49 g; Zucker: 13,6 g; Zuckergehalt 93,9% TS; pH: 8,4. Die Lösung enthält 1440 g Zucker, 93,0 g Verunreinigungen = 62% der ursprünglichen Menge. Es wurden 38,0% 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 Kationenaustauschers in der Wasserstofform bei einer Temperatur von 10° C perkoliert.

4. Die erhaltene saure Lösung, die insgesamt 192,5 mval freie Säuren enthielt, wurde nun über die bereits beladenen Anionenaustauscher (siehe Schritt 1) perkoliert. Die aus den A nionenaustauschern ablaufende Zuckerlösung hatte folgende Zusammensetzung (nach Konzentrierung): TS: 52,9; Zucker: 49,05; Zuckergehalt: 92,72%TS; pH: 7,3.

Die gereinigte Zuckerlösung enthielt: 228 g Zukker, 17,8 g Verunreinigungen = 12,0% der ursprünglich vorhanden gewesenen Verunreinigungen. Es 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:

118 mval An./200 cm¹ = 590 mval/L. Aust.

Carbonat-Austauscher:

360 mval An./400 cm³ = 900 mval/L. Aust.

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

Das gegebene Beispiel zeigt die Möglichkeit, eine technische Zuckerlösung praktisch vollständig von den Verunreinigungen zu befreien. Dies ist Jedoch nur dann durchführbar, wenn die Zuckerlösung nur sehr geringe Mengen Raffinose enthält, da diese bei Anreicherung über etwa 6% auf TS zu Störungen bei der Kristallisation der Saccharose führt. Aus diesem Grunde muß eine Teilung des mit einem Kationenaustauscher zu behandelnden Muttersirups vorgenommen werden, der sich nach dem Raffinosegehalt der zu 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 geiner Melasse mit folgender Zusammensetzung: TS 84,3; Zucker 52,30; Reinh-it 62,0; pH 8,4; Asche (SO₄) 11,89% 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% TS.

In der Lösung waren vorhanden: Zucker 209 g; Trockensubstanz 288 g; Nichtzucker 79 g; Verunreinigungen entfernt: 49 g= 38,3%.

Diese Lösung wurde über 400 ml eines stark sauren Kationenaustauschers in der Wasserstofform bei 9,0^a C perkoliert. Die erhaltene Lösung hatte folgende Zusammensetzung:

TS 13,7; Zucker 12,20; Reinheit 89,05; pH 2,25; Stickstoff 0,647% TS. Diese saure Lösung wurde nun über die nicht regenerierten Anionenaustauscher perkoliert, die vorher einen Teil der Anionen gegen COj-Ionen der Melasselösung ausgetauscht und dabei

5 6

chtzuckerstoffe aufgenommen hatten. Es er- Es wurden somit 120 g Nichtzuckerstoffe = 93,7%

ι eine Zuckerlösung mit folgender Zusammen- aus der ursprünglichen Melasse entfernt. Dies bedeu-

: tet, unter der Voraussetzung, daß mit den in der Zuk-

9,16; Zucker 47,40; Reinheit 96,43; pH 7,4; kerlösung verbliebenen Nichtzuckerstoffen eine Me-

SO₄) 0,640% TS; Stickstoff 0,273% TS; Be- .lasse mit der Reinheit 60,0 gebildet wird, daß

7%TS. Die Zuckerlösung enthält: 209 gZuk- 197 g = 94,2% des Zuckers gewonnen werden kön-

7 g Trockensubstanz, 8,0 g Verunreinigungen. nen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Nichtzuckerstoffen aus technischen Zuckerlösungen, die mit Carbonat- und/oder Bicarbonataustauschern 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 und so dann auf die Carbonat- und/oder Bicarbonataustauscher zurückführt.

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