DE2209243A1 - Process for crystallizing fructose - Google Patents
Process for crystallizing fructoseInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
- C13K11/00—Fructose
Description
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honko Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 38 700/us Hans Dieter Gesthuysen Physicist Dr. Walter Andrejewski Graduate engineer Dr.-Ing. Manfred Honko Graduate Engineer Lawyer files: 38 700 / us Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 24.Febr. 1972 Theaterplatz 3 4300 Essen, February 24th 1972 Theaterplatz 3
Patentanmeldung der Firma SUOMEN SOKERI 0SAKEYHTIÖ
Mannerheimintie 15
OO26O Helsinki 26 / FinnlandPatent application of the company SUOMEN SOKERI 0SAKEYHTIÖ Mannerheimintie 15
OO26O Helsinki 26 / Finland
Verfahren zum Kristallisieren von Fruktose.Process for crystallizing fructose.
Die Kristallisierung von Fruktose aus dem Wasser bereitet eine Reihe technischer Schwierigkeiten wegen der hohen Löslichkeit der Fruktose in Wasser. Außerdem ist eine herkömmliche Kristallisierung mittels Abdampfungsverfahren wegen der schlechten thermischen Stabilität der Fruktose ausgeschlossen.The crystallization of fructose from water presents a number of technical difficulties because of its high solubility the fructose in water. In addition, conventional crystallization by means of evaporation methods is poor because of the poor thermal stability of the fructose excluded.
Weil der Bedarf an Fruktose in den letzten Jahren weit zugenommen hat, bedeutet es einen beträchtlichen Fortschritt aufBecause the need for fructose has increased greatly in recent years, it means a considerable advance on
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diesem Gebiet dazu fähig zu sein, durch einfache Kristallisierung aus einer Wasserlösung eine sehr reine, großkristallische und dadurch auch mechanisch leicht hantierbare Pruktose in einer wirtschaftlich vorteilhaften Weise herzustellen. Alle diese Vorteile werden erhalten dadurch, daß der Prozeß der vorliegenden Erfindung befolgt wird.to be able to produce a very pure, large crystalline area by simple crystallization from a water solution and thereby also to produce mechanically easy-to-handle pructose in an economically advantageous manner. All these Advantages are obtained by following the process of the present invention.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Fruktose aus der Wasserlösung dadurch kristalliert, daß zur Lösung als Kristallelemente eine kleine Menge von möglichst gleich großen Fruktosekristallen hinzugesetzt wird,und daß eine Größenzunahme dieser Samenkristalle zugelassen wird. Eine Bildung von neuen Kristallen wird dadurch verhindert, daß der Abstand der Samenkristalle geeignet klein gehalten und die Temperatur während der gesamten Kristallisierung genau kontrolliert wird. Der Abstand der Samenkristalle wird mit dem Verhältnis des Samenkristall-Volumens zum Gesamtvolumen der Lösung bestimmt. Das Volumen der Lösung wird entweder kontinuierlich oder stufenweise vergrößert während des Kristallisierungsprozesses, damit der erwünschte Abstand zwischen den Samenkristallen beibehalten wird.According to the present invention, the fructose becomes from the water solution crystallizes in that a small amount of fructose crystals of the same size as possible is used as the crystal elements in solution is added and that these seed crystals are allowed to increase in size. A formation of new crystals is thereby prevented that the distance between the seed crystals is kept suitably small and the temperature during the entire crystallization is precisely controlled. The spacing of the seed crystals becomes with the ratio of the seed crystal volume determined to the total volume of the solution. The volume of the solution is increased either continuously or in stages during the crystallization process so that the desired spacing between the seed crystals is maintained.
Die Erfindung bezieht sich auf die Kristallisierung von Fruktose aus einer Wasserlösung,um Kristalle einer durchschnittlichen Kristallgröße von 200 bis 600/um zu erhalten. Insbesondere bezieht sie sich auf die Kristallisierung der Pruktose aus einer Wasserlösung, deren Trockenstoffinhalt wenigstens rund 90 Gewichtsprozent beträgt, wobei der trockene Stoff wenigstens 90 Gewichtsprozent von Pruktose und den Rest von Glukose enthält.The invention relates to the crystallization of fructose from a water solution to form crystals of an average Crystal size from 200 to 600 / µm. In particular it refers to the crystallization of the pructose from a water solution whose dry matter content is at least around 90 percent by weight with the dry matter containing at least 90% by weight of pructose and the remainder of glucose.
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Wasserlösungen von Fruktose mit Trockenstoffinhalt im Bereich von 90 bis 94 % und mit Reinheit der genannten Pruktose im Bereich von 90 bis 99 Gewichtsprozent werden dadurch erhalten, daß Pruktose von der Glukose durch das Verfahren gemäß der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung von Suomen Oy, No P 20 JJ 656.1, eingereicht am ZJ. Juli 1970, getrennt wird.Water solutions of fructose with dry matter content in the range from 90 to 94 % and with the purity of said pructose in the range from 90 to 99 percent by weight are obtained by removing pructose from glucose by the process according to the co-pending patent application by Suomen Oy, No P 20 JJ 656.1, submitted on ZJ. July 1970, is separated.
Bisher ist Pruktose aus Methanol kristallisiert worden. Andererseits, wenn die Pruktose aus dem Wasser kristallisiert wird, sind die Schwierigkeiten groß wegen der großen Löslichkeit der Pruktose und wegen ihrer niedrigen thermischen Stabilität. Die Viskosität von konzentrierten Wasserlösungen von Pruktose ist sehr hoch, und die Viskosität kann durch Erhöhung der Temperatur nicht gesenkt werden, weil die Pruktose in den erhöhten Temperaturen unstabil wird, welche zu einer wesentlichen Senkung der Viskosität erforderlich wären. Unter diesen Umständen ergeben sich sehr kleine Kristalle, deren Trennung aus der Lösung unwirtschaftlich ist. Außerdem ist das Trocknen einer Masse von kleinen Kristallen schwer. Aufgrund aller oben beschriebenen Schwierigkeiten haben Sachkundige dieses Gebietes die Kristallisierung von Pruktose aus Wasser auf einer kommerziell lockenden Grundlage als praktisch unmöglich betrachtet.So far, pructose has been crystallized from methanol. On the other hand, when the pructose is crystallized from the water, the difficulties are great because of the high solubility of the Pructose and because of its low thermal stability. The viscosity of concentrated water solutions of pructose is very high, and the viscosity cannot be lowered by increasing the temperature, because the pructose in the increased Temperatures becomes unstable, which would be necessary for a substantial reduction in viscosity. Under these circumstances the result is very small crystals, which are uneconomical to separate from the solution. Besides, drying is one Mass of small crystals heavy. Because of all of the difficulties described above, those skilled in the art have the crystallization of pructose from water on a commercially attractive basis has been considered practically impossible.
Wegen der schlechten thermischen Stabilität der Pruktose ist eine herkömmliche Kristallisierung mittels Abdampfung ausgeschlossen, und die Kristallisierung wird gemäß der Erfindung durch Senkung der Temperatur der Lösung und, außerdem, möglicherweise durch Verdunstung vorgenommen.Due to the poor thermal stability of the pructose, conventional crystallization by means of evaporation is excluded. and the crystallization is, according to the invention, by lowering the temperature of the solution and, moreover, possibly made by evaporation.
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Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, die Kristallisierung der Fruktose aus der Wasserlösung als große Kristalle zu veranlassen, welche aus der Lösung leicht durch Zentrifugierung getrennt werden können. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist Erfolg in der Kristallisierung der Fruktose als Kristalle von ausreichend großem Abmessungen, so daß sie frei fließend sind, in welchem Falle ihre Hantierung, wie z.B. Abwiegen und Verpacken, einfacher wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Kristallisierung einer Fruktose, deren Kristallgröße sehr homogen ist und die außerdem sehr rein ist.It is a purpose of the present invention to allow the fructose to crystallize from the water solution as large crystals cause which can be easily separated from the solution by centrifugation. Another purpose of the invention is Success in crystallizing the fructose as crystals of sufficiently large dimensions that they are free flowing, in which case their handling, e.g. weighing and packing, becomes easier. Another purpose of the invention is the crystallization of a fructose whose crystal size is very homogeneous and which is also very pure.
Aus Methanol kristallisierte Fruktose ist bisher hauptsächlich von der Arzneiindustrie benutzt worden, welche sich mit sehr kleinen Kristallen von weniger als 0,15/im Größe befriedigt hat. Die gemäß der Erfindung kristallisierte großkristallische Fruktose ist in der Tat ein neues Erzeugnis. Weil der Bedarf an Fruktose in den letzten Jahren weit zugenommen hat, bedeutet es einen beträchtlichen Fortschritt, auf diesem Gebiet dazu fähig zu sein, durch einfache Kristallisierung aus einer Wasserlösung eine sehr reine, großkristallische und dadurch auch mechanisch leicht hantierbare Fruktose in einer wirtschaftlich vorteilhaften Weise herzustellen.Fructose crystallized from methanol has hitherto mainly been used by the pharmaceutical industry, which deals with very small crystals less than 0.15 / m in size. The large crystalline fructose crystallized according to the invention is indeed a new product. Because the need for fructose has increased greatly in recent years, means it is a considerable advance in the art to be able to do so by simple crystallization from a water solution a very pure, large crystalline and therefore mechanically easy to handle fructose in an economically advantageous one Way to manufacture.
Im Vergleich zur Kristallisierung aus Methanol ist es ein weiterer Vorteil, daß das erhaltene Erzeugnis völlig frei von Methanol ist, das ein giftiger Stoff ist.Compared to crystallization from methanol, it is another one Advantage that the product obtained is completely free of methanol, which is a poisonous substance.
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Die obigen Zwecke der Erfindung werden gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß zunächst eine Wasserlösung von Fruktose bereitgestellt wird, deren Trockenstoffinhalt wenigstens rund 90 Gewichtsprozent beträgt und deren Trockenstoff rund 90 bis 99 % von Fruktose enthält. Die Temperatur der Fruktoseiösung bei dieser Anfangsstufe ist diejenige, bei welcher die Lösung mit Bezug auf Fruktose gesättigt ist, z.B. rund 58° bis 65°C. Die Fruktose wird dann aus der Wasserlösung kristallisiert, indem zur Lösung als Kristallelemente eine kleine Menge von möglichst gleich großen Fruktosekristallen hinzugesetzt wird und eine Größenzunahme dieser Samenkristalle zugelassen wird und indem gleichzeitig die Bildung von neuen Kristallen verhindert wird. Dies wird dadurch erzielt, daß die Entfernungen der Samenkristalle voneinander geeignet kurz gehalten werden und daß die Temperatur während der gesamten Kristallisierung genau kontrolliert wird um dadurch einen optimalen Grad der Übersättigung in bezug auf die Fruktose im Bereich von 1,1 bis 1,2 beizubehalten. Es ist festgestellt worden, daß mit der Zunahme des durchschnittlichen Abstandes zwischen den Kristallen auch die Gefahr der Bildung von neuen Kristallen zunimmt. Ä'hnlicherweise, mit einer Erhöhung des Übersättigungsgrades über den optimalen Bereich hinaus nimmt auch die Gefahr der Bildung von neuen Kristallen zu.The above purposes of the invention are achieved according to the invention by first providing a water solution of fructose whose dry matter content is at least around 90 percent by weight and whose dry matter contains around 90 to 99 % of fructose. The temperature of the fructose solution at this initial stage is that at which the solution is saturated with respect to fructose, e.g. around 58 ° to 65 ° C. The fructose is then crystallized from the water solution by adding a small amount of fructose crystals of the same size as possible to the solution as crystal elements and allowing these seed crystals to increase in size while at the same time preventing the formation of new crystals. This is achieved by keeping the distances of the seed crystals suitably short and by carefully controlling the temperature throughout the crystallization so as to maintain an optimal degree of fructose supersaturation in the range 1.1 to 1.2. It has been found that as the average distance between crystals increases, so does the risk of new crystals forming. Similarly, with an increase in the degree of supersaturation beyond the optimal range, the risk of the formation of new crystals also increases.
Es ist weiter wesentlich kennzeichnend für das Verfahren gemäß der Erfindung, daß das Volumen der Lösung während des Kristallisierungsvorganges entweder kontinuierlich oder stufenweise ver-It is further essential characteristic of the method according to the invention that the volume of the solution during the crystallization process either continuously or gradually
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größert wird. Wenn die Kristallisierung als mehrere Stufen, d.h. als zwei oder mehr aufeinanderfolgende Stufen, ausgeführt wird, wird die Schnelligkeit der Bildung von kleinen Kristallen wesentlich vermindet.is enlarged. When crystallization occurs as multiple stages, i. as two or more successive stages, the rapidity of the formation of small crystals becomes essential diminishes.
Wenn die Kristallisierung als zwei oder mehr Stufen ausgeführt wird, kann jede Stufe in einem separaten Kristallisierer ausgeführt werden, in welchem Falle das Volumen des Kristallisieren von Stufe zu Stufe wegen der Zunahme des Lösungsvolumens größer wird. Alernativ kann eine Kristallisierung von mehreren Stufen in demselben Kristallisierer ausgeführt werden, dessen Volumen dem Lösungsvolumen der letzten Stufe gleich ist.When the crystallization is carried out as two or more stages, each stage can be carried out in a separate crystallizer in which case the volume of crystallization increases from stage to stage because of the increase in the volume of the solution will. Alternatively, crystallization of several stages can be carried out in the same crystallizer, its volume is equal to the solution volume of the last stage.
Eine Zuführung von 2 bis 4 % vom Gewicht des Zuckergemisches eines organischen Lösungsmittels mit niedrigem Molekülgewicht, wie z.B. Methanol, Äthanol oder Isopropanol, vermindert die Viskosität der Lösung wie auchdie Löslichkeit, der Pruktose. Somit können die Kristallisierung und die Zentrifugierung der Pruktosekristalle verbessert werden.Adding 2 to 4 % by weight of the sugar mixture of a low molecular weight organic solvent such as methanol, ethanol or isopropanol reduces the viscosity of the solution as well as the solubility of the pructose. Thus, the crystallization and centrifugation of the pructose crystals can be improved.
Eine eingehende Beschreibung der Erfindung wird unten gegeben. Es wird eine zweistufige Kristallisierung beschrieben, die in zwei separaten Kristallisierern ausgeführt wird. Die Aufgabe ist die Kristallisierung von Pruktose aus einer Wasserlösung, deren Trockenstoffinhalt rund 90 bis 94 Gewichtsprozent und Reinheit mit Bezug auf Pruktose rund 90 bis 99 % betragen und bei der die Unreinheit aus Glukose besteht. Als Ergebnis erhält man Kristalle, deren Größe, ermittelt mittels des Screen Tests dieA detailed description of the invention is given below. A two-stage crystallization is described which is carried out in two separate crystallizers. The task is to crystallize pructose from a water solution, the dry matter content of which is around 90 to 94 percent by weight and purity with respect to pructose around 90 to 99 % and in which the impurity consists of glucose. The result is crystals, the size of which is determined by means of the screen test
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hiernach definiert wird, 300 bis 500/um beträgt, und die Kristallmenge beträgt 4-5 bis 55 % vom Gewicht der Trockenstoffmenge. Die Reinheit des vollendeten Erzeugnisses ist höher als 99,5 # mit Bezug auf Fruktose.hereinafter defined is 300 to 500 µm and the amount of crystal is 4-5 to 55 % by weight of the amount of dry matter. The purity of the finished product is greater than 99.5 # in terms of fructose.
Stufe 1: Level 1 :
(a) Der Kristallisierer Nr. I wird mit der in vorigen Abschnitt beschriebenen Lösung von Pruktose gefüllt, deren Temperatur zu einer solchen Höhe geregelt wird, daß die Lösung mit Bezug auf Fruktose gesättigt ist (t = 58 bis 650C).(a) The crystallizer No. I is filled with the pructose solution described in the previous section, the temperature of which is controlled to such a level that the solution is saturated with respect to fructose (t = 58 to 65 ° C.).
(b) Zur Lösung wird eine kleine Menge von Pruktosekristallen mit möglichst gleichmäßiger Größe als Kristallelemente hinzugesetzt, entweder Kristalle von 5 bis 10/um als in Isopropanol suspendiert oder größere Kristalle, z.B. 80 bis 100 jam, als trocken. Die Menge der Samenkristalle (m ) ist abhängig von der Größe der Samenkristalle (d ), von der Menge der vollendeten(b) To the solution, a small amount of pructose crystals of as uniform a size as possible is added as crystal elements, either crystals of 5 to 10 μm as suspended in isopropanol or larger crystals, eg 80 to 100 μm, as dry. The amount of seed crystals (m) depends on the size of the seed crystals (d), on the amount of completed ones
Kristalle (M) und von der erwünschten Kristallgröße (D) gemäß der folgenden Gleichung:Crystals (M) and of the desired crystal size (D) according to the following equation:
tntn
tntn
(c) Hiernach wird die Übersättigung der Lösung mit Bezug auf die Pruktose erhöht, dadurch daß die Temperatur gesenkt wird, und durch eine programmierte Temperaturkontrolle wird eine maxi·(c) The supersaturation of the solution with respect to the pructose is then increased by lowering the temperature, and a programmed temperature control ensures a maximum
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male KristallisierungsSchnelligkeit veranlaßt ohne Bildung von störenden neuen Kristallelementen. Das Temperaturprogramm; hängt von der Reinheit und dem Trockenstoffinhalt der zur Kristallisierung benutzten Lösung ab, und diese Programme werden auf der Grundlage von Versuchen für verschiedene Falle zusammengestellt. Mittels mit bestimmten Zeitabständen entnommener Proben* aus welchen die Übersättigung der Mutterflüssigkeit erm£tte]fc wird, wird die Richtigkeit des Programmes überprüft und kann bei Bedarf während der Kristallisierung geändert werden. Man hat gefunden, daß die optimale Übersättigung mit Bezug auf Pruktose im Bereich von rund 1,1 bis 1,2 liegt. Die Kühlungsprogramme werden am liebsten so berechnet, daß sie die Übersättigung innerhalb dieses Bereichs während der Kristallisierung beibehalten.Male rapid crystallization causes without the formation of disruptive new crystal elements. The temperature program; depends on the purity and dry matter content of the solution used for crystallization, and these programs are compiled on the basis of experiments for different cases. The correctness of the program is checked by means of samples taken at certain time intervals from which the supersaturation of the mother liquor is determined and can be changed during the crystallization if necessary. It has been found that the optimal supersaturation with respect to pructose is in the range of around 1.1 to 1.2. The cooling programs are best calculated to maintain supersaturation within this range during crystallization.
(d) Die Kristallisierung nimmt 75 bis 150 Stunden in Anspruch, wonach die Temperatur des Gemisches 25 bis J55°C beträgt, dies auch je nach dem Typus der benutzten Lösung. Am Ende der Kristallisierungsstufe beträgt die Kristallmenge rund 50 % vom Gewicht des Trockenstoffinhaltes des Gemisches.(d) The crystallization takes 75 to 150 hours, after which the temperature of the mixture is 25 to J55 ° C, depending on the type of solution used. At the end of the crystallization stage, the amount of crystals is around 50 % of the weight of the dry matter content of the mixture.
Stufe 2: Level 2 :
Der Kristallisierer Nr. II wird gleichzeitig mit dem fertigen Gemisch gefüllt, die von der vorausgehenden Stufe erhalten wurde, und mit einer frischen Lösung, deren Temperatur vor der Zuführung zu einer solchen Höhe geregelt worden ist, daß sie zusammen mit dem Gemisch eine Mischung bildet, in welcher die Mutterflüssigkeit gesättigt oder etwas untersättigt, mit Bezug auf Fruktose, ist. Nach dem Füllen wird eine Feinregelung der Temperatur vorgenommen.Crystallizer No. II is filled at the same time with the finished mixture obtained from the previous stage, and with a fresh solution, the temperature of which has been controlled to such a level prior to supply that it together with the mixture forms a mixture in which the mother liquor is saturated or somewhat undersaturated, with reference on fructose, is. After filling, a fine adjustment of the Temperature.
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Hiernach werden dieselben Maßnahmen vorgenommen wie die Punkte (c) und (d) der Stufe 1. Nach der Beendigung des Prozesses werden die Fruktosekristalle aus der Flüssigkeit mittels Zentrifugierung getrennt. Die geeignetsten ZentrifugiermasGhinen sind die Maschinen des Typus, die zur Zuckergewinnung benutzt werden. Wegen der hohen Viskosität des Gemisches ist eine große Zentrifugalkraft erforderlich. Ein günstiges Gerät hat einen Trommeldurchmesser von 106 bis 122 cm und eine Drehgeschwindigkeit von 1400 bis l800 U/min. In einem typischen Vorgang wird eine 106 cm Zentrifugiermaschine mit 120 bis 250 kg Fruktosekristallgemisch gefüllte Die Kristalle werden mit Wasser (1-2 Liter für Füllung) gewaschen. Wenn die Fruktosekristalle die Zentrifuge verlassen, 1st ihr restlicher Wasserinhalt rund 1,5 %* Die Zentrifugierzeit für jede Partie einschl. der Füllung, Zentrifugierung und Entleerung beträgt 10 bis 14 Min. Die Leistung einer Zentrifuglermaschine dieses Typs (Durchmesser 106 cm, Korbhöhe 600 mm) beträgt 250 bis 500 kg/h.The same measures are then taken as in points (c) and (d) of step 1. After the process has ended, the fructose crystals are separated from the liquid by means of centrifugation. The most suitable centrifugation machines are the machines of the type used to extract sugar. Because of the high viscosity of the mixture, a large centrifugal force is required. An inexpensive device has a drum diameter of 106 to 122 cm and a speed of rotation of 1400 to 1800 rpm. In a typical process, a 106 cm centrifuge machine is filled with 120 to 250 kg of fructose crystal mixture. The crystals are washed with water (1-2 liters for filling). When the fructose crystals leave the centrifuge, their remaining water content is around 1.5 % * The centrifugation time for each batch, including filling, centrifugation and emptying, is 10 to 14 minutes ) is 250 to 500 kg / h.
Waagerechte zylindrische Gefäße mit 2 bis 2,7 m Durchmesser werden als Kristallisierer I und II benutzt. Außenseitig sind sie gut isoliert zur Verhinderung von Wärmeverlusten. Sie sind mit einer durchgehenden Achswelle ausgerüstet, auf welche spiralförmige Kühlrohre montiert sind. Die Drehschnelligkeit der Welle 1st 0,75 bis 1,5 U/min. Die Kühlfläche beträgt rund 2,5 m2/m5. Das Volumen (die Länge) des Kristallisierers nimmt von Stufe zu Stufe zu, je nach der endgültigen Kristallgröße der Stufe wie folgt:Horizontal cylindrical vessels with a diameter of 2 to 2.7 m are used as crystallizers I and II. They are well insulated on the outside to prevent heat loss. They are equipped with a continuous axle shaft on which spiral cooling tubes are mounted. The speed of rotation of the shaft is 0.75 to 1.5 rpm. The cooling surface is around 2.5 m 2 / m 5 . The volume (length) of the crystallizer increases from stage to stage, depending on the final crystal size of the stage, as follows:
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Worin V1 das Volumen des Kristallisierers I und V11 das \B.umen des Kristallisierers II ist sowie d und d^ die endgültigen Kristallgrößen der Stufen 1 bzw. 2. Diese Anordnung ergibt eine indirekte Temperaturkontrolle; die Temperatur des in den Kühlungsrohren umlaufenden Wassers wird kontrolliert, und wegen der großen Kiihlungsfläche wird ein kleiner Unterschied der Temperaturen des Gemisches und des Kühlwassers erhalten (2 bis 70C). Ein direktes Verfahren für die Temperaturkontrolle kann auch benutzt werden, wenn erwünscht.Where V 1 is the volume of crystallizer I and V 11 is the volume of crystallizer II and d and d ^ are the final crystal sizes of stages 1 and 2, respectively. This arrangement gives indirect temperature control; the temperature of the circulating water in the cooling tubes is controlled, and because of the large Kiihlungsfläche a small difference is the temperature of the mixture and of the cooling water obtained (2 to 7 0 C). A direct method for temperature control can also be used if desired.
Die Kristallisierung kann auch dadurch gefördert werden, daß Wasser aus dem Gemisch verdunstet wird, z.B. durch Blasen von warmer trockener Luft auf dessen Oberfläche.Crystallization can also be promoted by the fact that water is evaporated from the mixture, for example by blowing warm dry air on its surface.
In der nachstehenden Tafel werden Werte für eine tatsächliche Kristallisierung angegeben.The table below gives values for actual crystallization.
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Statt zweier separater Kristallisierer, I und II, ist es möglich, nur einen Kristallisierer zu benutzen. Die Kristallisierung kann auch als mehr als zwei Stufen ausgeführt werden, z.B. als drei oder vier Stufen oder als sogar mehr Stufen, wobei eine Anzahl der Kristallisierungsgeräte in Übereinstimmung mit der Anzahl der Stufen oder nur ein Kristallisierungsgerät benutzt werden kann. Es ist auch möglich, als Alternative, eine Kombination der obigen zwei Alternativen zu benutzen, z.B. ein dreistufiges Verfahren, wobei die Stufen 1 und 2 im selben Kristallisierungsgerät und Stufe J5 in einem separaten Kristallisierungsgerät ausgeführt werden. Wenn ein Kristallisierer für mehrere Stufen verwendet wird, muß dessen Volumen mit dem Lösungsvolumen der letzten darin auszuführenden Stufe übereinstimmen. In solchen Fällen kann der Kristallisierer z.B. auf eine senkrechte Welle montiert werden, auf welche spiralförmige Kühlungsrohre installiert werden.Instead of two separate crystallizers, I and II, it is possible to use only one crystallizer. The crystallization can can also be carried out as more than two stages, e.g. as three or four stages or as even more stages, with a number of crystallization devices in accordance with the number of stages or only one crystallization device can be used can. It is also possible, as an alternative, to use a combination of the above two alternatives, e.g. a three-stage Process where steps 1 and 2 are in the same crystallizer and step J5 is in a separate crystallizer are executed. If a crystallizer is used for multiple stages, its volume must match the volume of the solution last stage to be executed. In such cases the crystallizer can, for example, point to a vertical shaft mounted on which spiral cooling pipes are installed.
Die beiliegende Zeichnung gibt eine graphische Darstellung einer zweistufigen Kristallisierung in zwei Kristallisierern. Die graphische Darstellung stammt aus einer Kristallisierung auf Fabrikskala von Fruktose aus einer Lösung von 87,5 % Fruktose, 4,5 % Glukose und 8 % Wasser. In der Zeichnung:The accompanying drawing gives a graphic representation of a two-stage crystallization in two crystallizers. The graph is from a factory scale crystallization of fructose from a solution of 87.5 % fructose, 4.5 % glucose, and 8 % water. In the drawing:
Fig. 1 zeigt die gesamte Menge von Fruktose und die kristallisierte Menge von Fruktose in Tonnen im System als Funktion der Zeit, wenn die gesamte in Anspruch genommene Zeit l80 Stunden beträgt,Fig. 1 shows the total amount of fructose and the amount crystallized Amount of fructose in tons in the system as a function of time if the total consumed Time is l80 hours,
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Pig. 2 zeigt die Temperatur der Pruktoseiösung in C als Punktion der Zeit,Pig. 2 shows the temperature of the pructose solution in C as a puncture currently,
Fig. 5 zeigt die kristallisierte Menge von Pruktose im System als Prozent und als Punktion der Zeit,Fig. 5 shows the crystallized amount of pructose in the system as a percentage and as a puncture of time,
Fig. 4 zeigt die Kristallgröße der Fruktose im System in,um als Funktion der Zeit,Fig. 4 shows the crystal size of the fructose in the system in .mu.m as a function of time,
Fig. 5A bis 5H geben eine graphische Darstellung der Verhältnisse die angewendet wurden während einer günstigen Ausführung des Prozesses der vorliegenden Erfindung undFigures 5A to 5H graphically depict the relationships which were employed during an expediency of the process of the present invention and
Fig. 6 ist ein kontinuierlicher Kristallisierer.Fig. 6 is a continuous crystallizer.
Die graphische Darstellung ist in fünf Abschnitte eingeteilt worden: Füllung des Kristallisierers I; Kristallisierung im Kristallisierer I (Vorkristallisierung genannt); Füllung des Kristallisierers II; Kristallisierung im Kristallisierer II; und Zentrifugierung. In Fig. 1 zeigt Kurve A die gesamte Menge von Fruktose im System und Kurve B die Menge der kristallisierten Fruktose. Der Zeitpunkt 0 auf den Zeichnungen ist der Zeitpunkt, zu welchem die Zuführung des Lösung zum Kristallisierer I beginnt.The graph has been divided into five sections: Filling of crystallizer I; Crystallization in Crystallizer I (called pre-crystallization); Filling of the crystallizer II; Crystallization in crystallizer II; and centrifugation. In Fig. 1, curve A shows the total amount of fructose in the system and curve B the amount of crystallized fructose. Time 0 on the drawings is the time at which the supply of the solution to the crystallizer I begins.
Der fünfte Abschnitt der graphischen Darstellung in den Fig. bis 4 bezieht sich auf die Zentrifugierung der Lösung, der die Kristalle enthält. Wie es oben mitgeteilt wurde, beträgt die Zentrifugierungszeit für eine Füllung einer typischen Zentrifu-The fifth section of the graph in FIGS. 1 to 4 relates to the centrifugation of the solution, the Contains crystals. As stated above, the centrifugation time for a filling of a typical centrifuge is
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giermaschine von 10 bis 14 Min. für eine vollständige Folge von
Füllung, Zentrifugierung und Entleerung. Im von den Zeichnungen dargestellten Vorgang wurden zwei Zentrifugiermaschinen von einer
Leistung von je 250 bis 500 kg/h kontinuierlich betrieben, bis
die Kristalle aus der gesamten Menge getrennt worden waren. Die gesamte Kristallmenge betrug 19 Tonnen. Aus diesem Grunde weist
jede Zeichnung eine Zeitspanne von rund 20 Stunden für den Zentrifugierungsvorgang
auf. Betreffend die Fig. ^ und 4 zeigen
die Kurven eine geringe Abnahme der Menge der Fruktosekristalle
und der Kristallgröße, was beim Einschalten der Zentrifugierung eintrifft, und dies ist eine Abspiegelung der Verluste, die
während der Zentrifugierungsstufe und besonders während des Waschens der Kristalle zur Entfernung der darauf haftenden Lösung
eintreten.yaw machine from 10 to 14 minutes for a complete sequence of filling, centrifuging and emptying. In the process shown in the drawings, two centrifuging machines with an output of 250 to 500 kg / h each were operated continuously until the crystals had been separated from the total amount. The total amount of crystal was 19 tons. For this reason, each drawing has a time span of around 20 hours for the centrifugation process. Regarding Figs. 4 and 4 show
the curves show a slight decrease in the amount of fructose crystals and in the crystal size, which occurs when centrifugation is switched on, and this is a reflection of the losses that
occur during the centrifugation step and especially during the washing of the crystals to remove the adhering solution.
In Verbindung mit dem Übergang von Stufe 1 (Kristallisierer I)
zu Stufe 2 (Kristallisierer II), wobei frische Lösung derselben Natur wie die Anfangslösung hinsugeführt wird, wird ein kleiner
Teil der Fruktosekristalle gelöst (Fig. l), steigt die Temperatur (Fig. 2), nimmt die Kristallmenge/berechnet als Prozent vom
gesamten Gemisch^wesentlich ab (Fig. j5) un3. wird die durchschnittliche
Kristallgröße etwas kleiner (Fig, 4).In connection with the transition from Stage 1 (Crystallizer I)
to stage 2 (crystallizer II), where fresh solution of the same nature as the initial solution is added, a small part of the fructose crystals is dissolved (Fig. 1), the temperature rises (Fig. 2), the amount of crystals increases / calculated as a percentage of the total Mixture ^ considerably from (Fig. J5) and 3. the average crystal size becomes somewhat smaller (Fig, 4).
Das oben beschriebene Verfahren, in welchem die Zuführung frischer
Lösung beim Übergang von Stufe 1 zu Stufe 2 stattfand,
kann so modifiziert werden, daß frische Lösung während der
Stufe 1 kontinuierlich hinzugeführt wird bis zum Ende der Stufe,The method described above, in which the supply of fresh solution took place at the transition from stage 1 to stage 2,
can be modified so that fresh solution during the
Stage 1 is added continuously until the end of the stage,
209838/0748209838/0748
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in welchem Falle keine weitere Zuführung beim Übergang zur Stufe 2 stattfindet. Dieses Verfahren wird als zwei Stufen aber in einem Kristallisierer vorgenommen wie folgt:in which case there will be no further feed at the transition to stage 2. This procedure is called two stages but made in a crystallizer as follows:
Stufe 1; Level 1 ;
In den Kristallisierer wird eine Lösung von 87,5 % Fruktose, 4,5 % Glukose und 8 % Wasser zugeführt, deren Temperatur so hoch (650C) ist, daß sie mit Bezug auf Pruktose untergesättigt ist. Die Menge der Lösung ist derartig, daß sie zusammen mit den als Kristallelemente hinzuzuführenden Pruktosekristallen ein Gemisch ausmachen, in welchem rund 15 % vom Trockenstoffgehalt Kristalle sind. Die Lösung wird zur Sättigungshöhe abgekühlt und die notwendige Menge von Kristallelementen, deren Kristallgröße rund 100yum beträgt, wird hinzugeführt. Z.B., wenn die Menge der Lösung 900 kg beträgt, worin es 83Ο kg Trockenstoff gibt, werden 150 kg von Kristallelementen von 100yum hinzugeführt. Die Temperatur wird zu einem solchen Wert gesenkt (50 bis 55°C), daß optimale Verhältnisse, einschl. des optimalen Grades von Übersättigung im Bereich von 1,1 bis 1,2, erzielt werden für den Zuwachs der Kristalle, und die Temperatur wird unveränderlich gehalten. Weil Pruktose durch Kristallisierung die ganze Zeit die Lösung verläßt, muß jetzt mehr Lösung ständig zum Gemisch hinzugeführt werden, damit die Verhältnisse unverändert bleiben sollen. Der Grad der Übersättigung muß innerhalb des optimalen Bereichs bleiben. Wenn die Kristalle wachsen, wächst auch die Kristallfläche und so wächst die Menge von Pruktose,, die innerhalb einer Zeiteinheit kristallisiert wird. AusIn the crystallizer, a solution of 87.5% fructose, 4.5% of glucose and 8% water is supplied, the temperature of as high (65 0 C) is that it is under saturated with respect to Pruktose. The amount of the solution is such that, together with the pructose crystals to be added as crystal elements, they make up a mixture in which around 15 % of the dry matter content are crystals. The solution is cooled to the saturation level and the necessary amount of crystal elements, the crystal size of which is around 100 µm, is added. For example, when the amount of the solution is 900 kg in which there is 83Ο kg of dry matter, 150 kg of crystal elements of 100 µm are added. The temperature is lowered to such a value (50 to 55 ° C) that optimum proportions, including the optimum degree of supersaturation in the range of 1.1 to 1.2, are obtained for the growth of the crystals, and the temperature becomes held immutable. Because pructose leaves the solution all the time due to crystallization, more solution must now be constantly added to the mixture so that the proportions should remain unchanged. The degree of oversaturation must remain within the optimal range. As the crystals grow, so does the crystal face, and so does the amount of pructose that is crystallized in a unit of time. the end
209838/0748209838/0748
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diesem Grunde wird die Schnelligkeit der Lösungshinzuführung kontinuierlich erhöht,gemäß einem im voraus festgelegten Programm. Wenn der Kristallisierer voll wird, wird die Hinzuführung der Lösung beendet.for this reason, the speed of solution addition is continuously increased according to a predetermined program. When the crystallizer becomes full, the addition of the solution is stopped.
Stufe 2: Level 2 :
Diese Stufe ist eine Abkühlungs-Kristallisierung desselben Typs, wie die oben im Punkt (c) des zunächst oben angegebenen Verfahrens beschriebene. Hierbei wird das Gemisch von 50 - 55 C abgekühlt, bis die Temperatur erreicht worden ist, bei welcher die Kristallmenge rund 50 Gewichtsprozent von der gesamten Trockenstoff menge des Gemisches beträgt.This step is a cooling crystallization of the same type as that in point (c) of the first method given above described. The mixture is cooled from 50 - 55 C, until the temperature has been reached at which the amount of crystals is around 50 percent by weight of the total dry matter amount of the mixture.
Eine Hinweisung auf Pig. 5 wird die Betrachtungen oben in Stufe 1 und 2 mehr einzeln erklären. Die Änderungen des Gemischgewichts in Tonnen von Trockenstoff, Temperatur, Verhältnis von Kristallen zum gesamten Gemisch, Kristallgröße, die Kristallisierungsschnelligkeit, die Reinheit der Mutterflüssigkeit, der Grad der Übersättigung und der Trockenstoffinhalt der Mutterflüssigkeit werden alle mit Kurven während des gesamten Prozesses beschrieben. Es sei bemerkt, daß der Kristallisierer am Ende der Stufe 1 gänzlich gefüllt wird und daß die optimalen Kristallisierungsverhältnisse während der Stufe 2 durch Senkung der Temperatur des Gemisches beibehalten werden, so daß die Übersättigung mit Bezug auf die Pruktose im Bereich von 1,1 bis 1,2 gehalten wird.A reference to Pig. 5 will explain the considerations above in stages 1 and 2 in more detail. The changes in the mixture weight in tons of dry matter, temperature, ratio of crystals to the total mixture, crystal size, the speed of crystallization, the purity of the mother liquor, the degree of supersaturation and the dry matter content of the mother liquor all described with curves throughout the process. It should be noted that at the end of stage 1 the crystallizer is entirely is filled and that the optimal crystallization conditions during stage 2 by lowering the temperature of the mixture are maintained so that the supersaturation with respect to the pructose is kept in the range of 1.1 to 1.2.
09838/009838/0
Ai9 Ai 9
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Das Kristallisierungsgerät ist ein Gefäß desselben Typs, wie das beschriebene im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren. Zur Hinzuführung der Lösung wird eine Pumpe mit einstellbarer Leistung benutzt, zu welcher ein Programmechanismus eingeschaltet ist, zur Veranstaltung einer Hinzuführung der Lösung mit einer Schnelligkeit, die in Übereinstimmung mit dem erwünschten Programm variiert wird.The crystallization device is a vessel of the same type as that described in connection with the first method. To the addition the solution is to use a pump with adjustable power, to which a program mechanism is switched on, to organize an addition of the solution with a speed which is varied in accordance with the desired program.
Die nachstehende Tafel gibt Werte von einer vorgenommenen Kristallisierung an.The table below gives values from a crystallization carried out at.
Tafel 2Table 2
Volumen des Kristallisierers ^O nr Gemisch 29 v? = 42,9 to = 59,5 to Trockenstoff Größe der erhaltenen Kristalle 100yum bis 500yum Dauer 200 StundenVolume of the crystallizer ^ O nr Mixture 29 v? = 42.9 to = 59.5 to dry matter Size of the crystals obtained 100yum to 500yum, duration 200 hours
Gewonnene Kristallmenge 19 to = 48 % vom Gewicht derAmount of crystals recovered 19 to = 48 % of the weight of the
in der ursprünglichen Lösung enthaltenen Pruktosepructose contained in the original solution
Als Samenkristalle in der Kristallisierung gemäß der Erfindung kann Kristallgemisch, entnommen aus einer geeigneten Stufe einer vorherigen Kristallisierung, verwendet werden. Aks Samenkristalle kann z.B. das Kristallgemisch verwendet werden, das nach der Zentrifugierung im Verfahren dieser Erfindung übrig bleibt.As seed crystals in the crystallization according to the invention, a mixture of crystals taken from a suitable stage can be used prior crystallization. Aks seed crystals can be used, for example, the crystal mixture that is produced after the Centrifugation remains in the process of this invention.
209838/0748209838/0748
AlAl
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Wo Tonnen, bisweilen oben als "to" abgekürzt, in der Beschreibung und in den Ansprüchen des vorliegenden Ansuchens verwendet werden, werden metrische Tonnen gemeint.Where tons, sometimes abbreviated as "to" above, are used in the description and claims of the present request, metric tons are meant.
Wo die Kristallgröße der Fruktose in der obigen Beschreibung oder in den beiliegenden Ansprüchen angegeben wird, wurde die Kristallgröße aus trockenen Proben und aus dem endgültigen Erzeugnis mittels der Siebversuche (Sceen/Grist Tests) bestimmt, die vom Internationalen Ausschuß für Einheitliche Verfahren von Analysen des Zuckers (International Comission for Uniform Methods of Sugar Analysis) versuchsweise als Standardverfahren für die Bestimmung der Zuckerkristallgröße angenommen worden sind. Dieses Verfahren ist auf Seiten 94, 95 und 96 in De Wahlley (Ed) ICUMSA Methods of Sugar Analysis, Elsevier, New York, 1964, beschrieben. Where the crystal size of the fructose in the description above or as stated in the appended claims, the crystal size was obtained from dry samples and from the final product determined by means of the sieve tests (Sceen / Grist Tests) carried out by the International Committee on Uniform Procedures of Analyzes of sugar (International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) have been tentatively adopted as the standard method for determining the size of sugar crystals. This The method is described on pages 94, 95 and 96 in De Wahlley (Ed) ICUMSA Methods of Sugar Analysis, Elsevier, New York, 1964.
Während der Kristallisierungsvorgänge wurde die Kristallgröße der Kristalle im Sirup durch mikroskopische Betrachtung ermittelt.During the crystallization processes, the crystal size of the crystals in the syrup was determined by microscopic observation.
Der Begriff "Übersättigung", wie er hier und in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, ist mittels der Formel von Glaasen und Holven definiert worden (Honig.P.: Principles of sugar technology Vol. II, Slaevler, New York, 1959, S. 2^2) als "Übersä'ttigungsfaktor" (siiper^aturation coefficient), der von der folgenden Formel ausgedrückt wird:As used herein and in the appended claims, the term "supersaturation" is by means of the formula of Glaasen and Holven (Honig.P .: Principles of sugar technology Vol. II, Slaevler, New York, 1959, pp. 2 ^ 2) as "oversaturation factor" (siiper ^ aturation coefficient) by the following Formula is expressed:
(—^i—)(- ^ i—)
2008 3 8/07482008 3 8/0748
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S/V = Zucker/Wasser-Proportion einer Lösung mit der Reinheit P und Temperatur T.S / V = sugar / water proportion of a solution with the Purity P and temperature T.
S1ZV1 = Zucker/Vasser-Proportion einer gesättigten Lösung mit der Reinheit P und Temperatur T.S 1 ZV 1 = sugar / water proportion of a saturated solution with purity P and temperature T.
(Zucker = Pruktose)(Sugar = pructose)
Die kontinuierliche Kristallisierung kann in einem Kristallisierer ausgeführt werden, der dem in der Einzelmengenkristallisierung verwendeten ähnlich ist. Es ist aber vorzuziehen, im kontinuierlichen Kristallisierungsprozeß den Kristallisierer in Abteile durch Wände einzuteilen und jedes Abteil mit einer separaten Vorrichtung für Temperaturkontrolle und für Hinzuführung der Pruktoselösung auszurüsten. In den Verteilerwänden gibt es Löcher, durch welche das Gemisch kontinuierlich von Abteil zu Abteil strömt. Jedes Abteil kann auch ein separates Gerät sein, in welchem Falle das Gemisch aus einem Kristallisierer zu einem anderen fließt. Die Kristallisierer können gleich groß oder von verschiedenen Größen sein.Continuous crystallization can be done in a crystallizer which is similar to that used in the single set crystallization. However, it is preferable to use im continuous crystallization process divide the crystallizer into compartments by walls and each compartment with one to equip a separate device for temperature control and for adding the pructose solution. In the distributor walls there are holes through which the mixture flows continuously from compartment to compartment. Each compartment can also be a separate one Be device, in which case the mixture flows from one crystallizer to another. The crystallizers can do the same large or of different sizes.
Ein typischer kontinuierlicher Kristallisierer wird in Fig. 6 gezeigt und arbeitet wie folgt:A typical continuous crystallizer is shown in FIG shown and works as follows:
Aus einem Zuführungsbehälter, der mit einer Rührvorrichtung ausgerüstet ist, wird ein Gemisch von Samenkristallen suspendiert in einer gesättigten Fruk to se lösung kontinuierlich .>der in MengenFrom a feed tank equipped with a stirrer a mixture of seed crystals is continuously suspended in a saturated fructose solution
2U90 3 0/Ü7482U90 3 0 / Ü748
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zum ersten Abteil des Kristallisierers zugeführt. Gleichzeitig wird eine Fruktoselösung, deren Temperatur mit Bezug auf die Pruktose so hoch ist, daß sie gesättigt oder etwas ungesättigt ist, kontinuierlich mit einer kontrollierten Schnelligkeit zum ersten Abteil des Kristallisierers zugeführt. In diesem Abteil wird das Gemisch zu einer gewissen Temperatur abgekühlt, so daß die Kristalle mit einer maximalen Schnelligkeit ohne beträchtliche Bildung von neuen Kristallen wachsen.fed to the first compartment of the crystallizer. At the same time a fructose solution, whose temperature with respect to the Pructose is so high that it is saturated or somewhat unsaturated, continuously at a controlled rate fed to the first compartment of the crystallizer. In this compartment the mixture is cooled to a certain temperature so that the crystals grow at a maximum rate without significant formation of new crystals.
Zum Gemisch, das in das zweite Abteil geströmt ist, wird ähnliche Pruktoselösung mit einer kontrollierten Schnelligkeit hinzugeführt und die Temperatur wird wieder in derselben Weise wie im ersten Abteil gesenkt. Samenkristalle werden weder in diesem Abteil noch in den darauf folgenden Abteilen hinzugeführt.Similar pructose solution is added to the mixture that has flowed into the second compartment at a controlled rate and the temperature is lowered again in the same way as in the first compartment. Seed crystals are neither in this compartment nor added in the following compartments.
Die Zahl der aufeinander folgenden Abteile kann variieren, und der funktionelle Bereich jedes Abteils hängt von der Anzahl^ und der Größe der Abteile ab. Die kennzeichnenden Ziffern des Betriebs eines kontinuierlichen Kristallisierers, eingeteilt in fünf Abteile, wobei die Dauer in jeder Stufe gleich ist, z.B. 40 - 45 Stunden, werden in Tafel j5 unten gegeben. Die Leistung dieses Kristallisierers beträgt rund 75 kg/h von Fruktosekristallen.The number of consecutive compartments can vary, and the functional area of each compartment depends on the number ^ and the size of the compartments. The characteristic digits of the operation of a continuous crystallizer, divided into five compartments, The duration is the same for each level, e.g. 40 - 45 Hours are given in panel j5 below. The output of this crystallizer is around 75 kg / h of fructose crystals.
209838/0748209838/0748
roro
Tafel 3
Kontinuierlicher Kristallisierer Plate 3
Continuous crystallizer
οro
ο
kg/h
Pruktoseiösung
(92 % Trockenstoff) l/hSeed crystals (100 / im)
kg / h
Pructose solution
(92 % dry matter) l / h
60.9
6th
«Λ«Λ
O 3O 3
Ό QΌ Q
«Λ«Λ
ST ω ST ω
IS) O CD NiIS) O CD Ni
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