DE2300127B2

DE2300127B2 - Verfahren und vorrichtung zum gewinnen von unverduenntem oder wenig verduenntem fruchtwasser und von staerke aus hackfruechten

Info

Publication number: DE2300127B2
Application number: DE19732300127
Authority: DE
Inventors: Petrus Hoogezand Verberne (Niederlande)
Original assignee: W.A. Scholten's Chemische Fabrieken B.V., Foxhol (Niederlande)
Priority date: 1972-01-05
Filing date: 1973-01-03
Publication date: 1977-09-22
Also published as: FR2167720B1; US3890888A; JPS5248183B2; SE392477B; NL157350B; JPS4877040A; DE2300127A1; DE2300127C3; NL7200127A; FR2167720A1

Description

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Mahlgrad kann man dadurch erhalten, daß man die Kartoffeln mit den üblichen Trommelreiben der beispielsweise in der niederländischei. Patentschrift 79 771 beschriebenen Art reibt. Um die Verfärbung des Geriebenen zu vermeiden, kann man diesem gasförmiges Schwefeldioxyd zusetzen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Mahlvorrichtung und n.chreren Hydrozyklonstufen in einer solchen Schaltung, daß die bei der Trennung in der Stufe π erhaltene schwere Fraktion unter Zusatz der bei der Trennung in der Stufe n+2 erhaltenen leichten Fraktion in der Stufe n+ 1 getrennt wird, und ist gekennzeichnet durch jeweils eine in der Zufuhrleitung jeder Hydrozyklonstufe angeordnete Pumpe mit einer vom Druck unabhängigen Ausbeute.

Als Pumpen mit einer von dem Druck unabhängigen Ausbeute können rotierende Verdrängerpumpen oder Zentrifugalpumpen mit einer Durchströmungsregelung verwendet werden. Gegebenenfalls kann die Hydrozykioneanlage aus zwei Teilen bestehen, zwischen denen eine Trennungsvorrichtung zum Abtrennen der Stärke aus einer Flüssigkeit und eine Vorrichtung, in der die abgetrennte Stärke in Wasser suspendiert werden kann, angeordnet ist.

Um nicht oder wenig verdünntes Fruchtwasser zu gewinnen, kann das Verfahren gemäß der Erfindung in verschiedener Weise durchgeführt werden.

Gemäß einer wesentlichen Ausführungsform wird das Geriebene von obigem Mahlgrad durch Hydrozyklone in unverdünntes, mit Fasern vermischtes Fruchtwasser einerseits und Stärke in unverdünntem Fruchtwasser andererseits getrennt. Die stärkehaltige Fraktion wird durch Filtrieren oder durch Zentrifugieren größtenteils von dem vorhandenen unverdünnten Fruchtwasser befreit und nach dem Suspendieren in Wasser anschließend in einer zweiten Hydrozykloneanlage durch Waschen im Gegenstrom mit frischem Wasser in einer Menge, die vorzugsweise weniger als 0,6 m³ Wasser pro Tonne Kartoffeln beträgt, gereinigt. Da man der aus unverdünntem Fruchtwasser und Fasern bestehenden Überlaufmasse der ersten Hydrozykloneanlage das von der Stärke abgetrennte Fruchtwasser zugibt, kann gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung etwa 85% des in den Kartoffeln vorhandenen Fruchtwassers in unverdünntem Zustand mit den Fasern vermischt gewonnen werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Gewinnung des Fruchtwassers mit den Fasern und die Reinigung der Stärke nicht in zwei gesonderten Hydrozykloneanlagen, sondern in einer einzigen Hydrozykloneanlage durchgeführt. Dabei dient der obere Teil der Anlage, und zwar die Zyklone zwischen dem Punkt des Einlasses des Geriebenen und dem Punkt des Überlaufs als Trennabteilung für Stärke und Fasern und der untere Teil der Anlage, und zwar die Hydrozyklone nach dem Einlaßzyklon bis zum Punkt des Abzapfens der gereinigten Stärkesuspension, als Waschabteilung zum Auswaschen der wasserlöslichen Stoffe aus der Stärke und zum Entfernen der Feinfasern. Die Menge an reinem Wasser, die man vor der letzten Trennstufe der Hydrozykloneanlage zugibt, wird nach dieser Ausführungsform möglichst eingeschränkt und beträgt weniger als 0,8 m³ pro Tonne Kartoffeln, vorzugsweise weniger als 0,6 m³ Wasser pro Tonne Kartoffeln. In dieser Weise wird alles Fruchtwasser zusammen mit den Fasern in wenig verdünnter Form abgetrennt. Bei Anwendung von weniger als 0,6 m³ Wasser pro Tonne Kartoffeln beträgt der Eiweißgehalt des wenig verdünnten Fruchtwassers mehr als das 0,6fache des Eiweißgehalts des ursprünglichen Frucht-

S wassers.

Die Gewinnung des Fruchtwassers in unverdünnter oder wenig verdünnter Form ermöglicht eine wirtschaftliche Verarbeitung des Abwassers. Es hat sich weiter gezeigt, daß die Fasern sich leicht aus dem

ίο Fruchtwasser absieben lassen. Das kann beispielsweise mittels rotierender Siebe, Abscherklassierer, Zentrifugen, Separatoren und Dekanteure erfolgen. Der Stärkegehalt der in dieser Weise erhaltenen Fasern liegt in der Größenordnung von 40%, einem üblichen Wert für Kartoffelfasern.

Trotz der bei diesen Ausführungsformen verwendeten geringen Mengen an frischem Wasser beträgt der gesamte Eiweißgehalt der aus der Hydrozykloneanlage abgezapften Stärkefraktion bei einer genügenden Anzahl Waschstufen weniger als 0,1%. Weil die Stärkefraktion auch praktisch frei von Feinfasern ist, kann die Stärke ohne weitere Reinigung durch Filtrieren oder durch Zentrifugieren aus der abgezapften Stärkesuspension isoliert und zu Kartoffelstärke von Superqualität getrocknet werden.

Das gemäß den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens erhaltene wenig oder nicht verdünnte Fruchtwasser kann, gegebenenfalls unter Entfernung der freien Stärke, mit den Fasern oder ohne diese in verschiedener Weise zu Nebenprodukten verarbeitet werden, beispielsweise durch Eindampfen und Trocknen, durch Hitzekoagulation der koagulierbaren Eiweiße und Abtrennung des Koagulats. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß sich das koagulierte Eiweiß, wenn die Hitzekoagulation, die vorzugsweise oberhalb einer Temperatur von 100⁰C erfolgt, in Anwesenheit der Fasern durchgeführt wird, äußerst einfach mitteis der Fasern als Filtermaterial abfiltrieren läßt. Das Filtrat der Eiweißkoagulation kann unter anderem als Nährboden für die Herstellung von »single-cell-protein« angewendet werden, indem man darauf Hefen, Bakterien oder Schimmel wachsen läßt und die Kulturen dann von dem Nährboden trennt. Erwünschtenfalls kann die Gärung derart durchgeführt werden, daß wertvolle Hefeprodukte erhalten werden, z. B. in Form von Äthanol, Butanol und Aceton. Auch ist es möglich, das faserfreie und eiweißfreie Abwasser über Kationen- und Anionenaustauscher zu führen, wobei Kaliumsalze bzw. Aminosäuren und organische Säuren gewonnen wer-

so den. Weiter kann das Filtrat konzentriert werden durch Eindampfen und/oder umgekehrte Osmose und/oder Ultrafiltration. Die so erhaltenen Konzentrate können, gegebenenfalls nach Zusatz von Fasern, getrocknet werden. Weiter ist es möglich, die Filtrate oder

SS gegebenenfalls die bei obigen Verfahren daraus gebildeten Abwasserströme auf das Land zu verregnen oder einer aeroben oder anaeroben mikrobiologischen Reinigung zu unterziehen.

In all diesen Fällen wird eine weitgehende Reinigung des Abwassers der Kartoffelstärkeherstellung vereinfacht und wirtschaftlich attraktiver, weil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch alles Fruchtwasser in unverdünnter oder wenig verdünnter Form erhalten wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich darin von dem bekannten Verfahren, daß die erwünschten Werte aller Ströme in dem System dadurch aufrechterhalten werden, daß Pumpen mit

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einer von dem Gegendruck unabhängigen Ausbeute benutzt werden, wie rotierende Verdrängerpumpen oder Zentrifugalpumpen mit Durchströmungsregulierung. Dadurch ist es möglich, mit sehr hohen Stärkekonzentrationen in den Zyklonabzapfungen zu arbeiten und ohne Gefahr, daß durch eine Änderung der Ströme während des Verfahrens die Konzentration in einer oder mehreren Abzapfungen so hoch wird, daß Dilatanz auftritt und das System stockt. Dieses Verfahren hat gleichfalls zur Folge, daß das ganze System unter Überdruck funktioniert. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren anzuwendende Menge Spülwasser bestimmt in starkem Maße das Verhältnis der Abzapf- und Überlaufvolumina der Hydrozyklonestufen, wie auch die Anzahl Hydrozyklonestufen in der Anlage. Wird weniger Wasser verwendet, so sind mehr Waschstufen für ein gutes Auswaschen der Stärke erforderlich.

In der Hydrozykloneanlage können folgende Bedingungen herrschen:

Durchmesser des zylindrischen Teiles der Hydrozyklo-

15 mm Druckfall über die Zyklone etwa 3 bis 4 bar

Anzahl Hydrozyklonestufen bei:

0,48 m³ frischem Wasser pro Tonne Kartoffeln:

19 Hydrozyklonestufen
0,56 m³ frischem Wasser pro Tonne Kartoffeln:

17 Hydrozyklonestufen
0,80 m³ frischem Wasser pro Tonne Kartoffeln:

13 Hydrozyklonestufen.

Das Verhältnis der Abzapfvolumina zu den Überlaufvolumina in diesen Stufen variiert von 27 bis 50% Abzapfmasse gegen 73 bis 50% Überlaufmasse. Die Abzapfungen des größten Teiles der Hydrozyklonestufen in der Waschabteilung enthalten wenigstens 450 g absolute Trockenstoffstärke pro Liter.

Die Erfindung, die auch bei der Gewinnung von unverdünntem oder wenig verdünntem Fruchtwasser und Stärke aus Süßkartoffeln oder Kassawarüben angewendet werden kann, wird an Hand nachstehender Beispiele und den Figuren erläutert.

Beispiel 1

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In Fig. 1 ist eine Doppelhydrozykloneanlage angegeben, die in erster Instanz dazu dient, den größten Teil des Fruchtwassers in unverdünntem Zustand zu entfernen. In diesem Falle wird in der ersten aus sieben Hydrozyklonestufen bestehenden Anlage kein frisches Wasser zugeführt, in der zweiten wohl. Bei diesem Verfahren werden gut 17 t Kartoffeln pro Stunde ohne Zugabe von Wasser auf eine Fasergröße, die überwiegend zwischen 0,4 und 0,8 mm liegt, gerieben und durch eine rotierende Verdrängerpumpe einer Multihydrozyklonestufe IV der ersten Anlage faj zugeführt. Diese 17 t Kartoffeln pro Stunde entsprechen 4,74 kg/Sek. oder aber etwa 5,3 1 Geriebenem pro Sekunde, worin 948 g freie Stärke vorhanden ist. Das Verhältnis Abzapfvolumiriä/ÜberlaufvoIumina in dieser Stufe und in allen anderen Stufen dieser ersten Anlage ist auf 50:50 eingestellt worden.

Der Überlauf g aus der Anlage besteht aus 2,7 I Fruchtwasser, in dem praktisch alle Fasern sowie etwa 2 g freie Stärke suspendiert worden sind. Die Abzap- (15 fun" 1 der ersten Hydrozykloneanlage besteht aus praktisch aller gewinnbaren Stärke und einer geringen Menge Feinfasern, suspendiert in Fruchtwasser. Weil darin praktisch keine Fasern vorhanden sind, läßt sich diese Abzapfung leicht mit einem Vakuumfilter oder einer Zentrifuge (CON) entwässern. Das dabei gewonnene Fruchtwasser /wird dem Überlauf g zugegeben, so daß der kombinierte Strom (3,3 1 pro Sek.) aus gut 85% des ursprünglichen Fruchtwassers in unverdünnter Form besteht mit den Fasern. Der Strom e wird mit Salzsäure bis auf einen pH-Wert von 4 angesäuert und dann einem aus einem mit Dampf erhitzten Rohrbündel bestehenden Wärmeaustauscher zugesetzt, wobei die Temperatur des Stromes auf 105⁰C gebracht wird Dadurch schlägt das in der Hitze koagulierbare Eiweiß nieder und es tritt keine nennenswerte Verschmutzung in dem Wärmeaustauscher auf. Nach dem Abkühlen wird der aus Eiweiß und Fasern bestehende Niederschlag in einer Tuchzentrifuge abgetrennt. Die Entwässerung verläuft sehr gut, so daß ein Filterkuchen mit ±16% Trockenstoff erhalten wird. Nach dem Trocknen wird eine eiweißreiche Faser erhalten, die etwa 40% Eiweiß und etwa 26% Stärke enthält.

Die Stärkefraktion (h)von 1,44 kg/Sek., bestehend aus 946 g handelstrockener Stärke mit Feinfasern und dem zurückgebliebenen Fruchtwasser, wird in 3,30 I/Sek. (i) der Überlauffraktion der zweiten Hydrozyklonekolonne suspendiert. Diese Suspension wird als Strom j der Multihydrozyklonestufe 4 der aus 14 Hydrozyklonestufen bestehenden zweiten Anlage zugegeben. Die Abzapf- und Überlaufvolumina in dieser Anlage sind wie folgt eingestellt:

Multihydrozyklonestufe 1 bis einschließlich 3 33 : 67

Multihydrozyklonestufe 4 50:50

Multihydrozyklonestufe 5 bis einschließlich 8 33 :67

Multihydrozyklonestufe 9 bis einschließlich 13 40 :60

Multihydrozyklonestufe 14 35 :65

Zu c wird 2,64 1 frisches Wasser pro Sekunde zugegeben, um die Stärke in Gegenstrom auszuwaschen, entsprechend 0,56 m³ Wasser pro Tonne Kartoffeln. Als Abzapfung b werden 1,64 I pro Sekunde einer Stärkesuspension von etwa 22,5° Βέ erhalten. Daraus werden nach dem Trocknen und Filtrieren 945 g Kartoffelstärke von Superqualität mit 20% Feuchtigkeit und 0,08% Totaleiweiß gewonnen.

Beispiel 2

In Fig.2 sind Multihydrozyklone 1 bis einschließlich 17 dargestellt, die folgende Abmessungen haben:

Durchmesser des zylindrischen Teiles 15 mm

Durchmesser der Überlauföffnung 3,5 mm

Durchmesser der Abzapföffnung 3,5 mm

Scheitelwinkel 10°

Jede Stufe wird mit einer rotierenden Verdrängerpumpe gespeist. Die geriebene Masse der Kartoffeln a wird dem Multihydrozyklon 4 zugesetzt, wobei das Verhältnis Abzapfvolumina/Überlaufvolumina auf 50 :50 eingestellt worden ist.

Das Verhältnis Abzapfvolumina/Übcrlaufvolumina der Multihydrozyklone Γ bis einschließlich 3 und 5 bis einschließlich 8 wird auf 33 :67 eingestellt, für die Multihydrozyklone 9 bis einschließlich 16 auf 40 :60 und für den Multihydrozyklon 17 auf 35 :65.

Die Stärkesuspension wird aus dem Zyklon 17 bei b abgezapft; frisches Spülwasser wird bei ein den Zyklon 16 gegeben.

In einer Kartoffelmehlfabrik, wie in F i tr. 2 dargestellt.

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werden die Kartoffeln mit einer mit einem Sieb mit öffnungen von 20x2 mm versehenen Trommelreibe gerieben. Die Fasergröße liegt im wesentlichen zwischen 0,4 und 0,8 mm. Die Kartoffeln enthalten 200 g gewinnbare handelstrockene Kartoffelstärke (80% Trockenstoff) pro kg. Pro Stunde werden gut 17 t Kartoffeln gerieben, entsprechend 4,74 kg Kartoffeln pro Sekunde. Diese Menge liefert etwa 5,31 Geriebenes pro Sekunde mit 948 g freier, handelstrockener Stärke.

Bei c wird 2,6 I frisches Wasser pro Sekunde _]0 zugegeben, entsprechend 0,56 m³ Wasser pro Tonne. Als Abzapfung werden 1,6 I pro Sekunde einer Stärkesuspension von etwa 22,5° Βέ (460 g absolut Trockenstoffstärke pro Liter) erhalten. Daraus werden nach dem Filtrieren und Trocknen 926 g Kartoffelstärke ,_s mit 20% Feuchtigkeit und 0,08% Totaleiweiß gewo nein. Eine Probe dieser Stärke enthält nach Hydroly mit verdünnter Salzsäure sehr wenig unlöslich Material und ist von Superqualität.

Pro Sekunde werden etwa 6,3 Liter Überlauf erhalten. Diese 6,3 Liter enthalten an unlöslich« Stoffen: 22 g freie Trockenstoffstärke und 120 Trockenstoff-Fasern mit 40% gebundener Stärke. D Eiweißgehalt des Überlaufs enthält das OJfache d Eiweißgehaltes des ursprünglichen Fruchtwassers. D Überlauf d wird gegebenenfalls von den dari suspendierten Feststoffen befreit und zur Herstellun von Eiweiß und/oder eiweißreichen Fasern aufgearbei tet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zum Gewinnen von unverdünntem oder wenig verdünntem Fruchtwasser und von Stärke aus Hackfrüchten, wobei diese gerieben werden und das Geriebene durch Hydrozyklone in einer Anzahl Trennungsstufen derart behandelt wird, daß die bei der Trennung in der Stufe η erhaltene schwere Fraktion unter Zugabe der bei der Trennung in der Stufe n+2 erhaltenen leichten Fraktion in der Stufe /7+1 getrennt wird, und zwar derart, daß einerseits eine Mischung von Fruchtwasser und Fasern und andererseits eine Stärkesuspension erhallen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hackfrüchte ohne Zugabe von Wasser derart reibt, daß die dabei anfallenden Fasern überwiegend größer als 0,2 mm, jedoch nicht größer als 1 mm sind, die Zufuhr jeder Hydrozyklon-

der Stärke weniger als 0,8 m³ frisches Wasser pro Tonne Ausgangsmaterial verwendet.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Mahlvorrichtung und mehreren Hydrozyklonstufen in einer solchen Schaltung, daß die bei der Trennung in der Stufe η erhaltene schwere Fraktion unter Zusatz der bei der Trennung in der Stufe n + 2 erhaltenen leichten Fraktion in der Stufe n+\ getrennt wird, gekennlich vertretbarer Weise gewonnen werden können. Das Verfahren nach der niederländischen Patentschrift 77 039 gibt daher keine akzeptable Lösung des durch das Abwasser der Kartoffelstärkehersteliung bedingten umwelthygienischen Problems.

Ein weiterer Nachteil der in der niederländischen Patentschrift 77 039 beschriebenen Hydrozyklonanlage ist, daß diese Anlage schwer optimal im Gleichgewicht gehalten werden kann. Bei Versuchen hat sich gezeigt,

zeichnet durch jeweils eine in der Zufuhrleitung 30 daß dies durch Verwendung von Zentrifugalpumpen

jeder Hydrozyklonstufe angeordnete Pumpe mit einer vom Druck unabhängigen Ausbeute.

Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen von unverdünntem oder wenig verdünntem Fruchtwasser und von Stärke aus Hackfrüchten.

ohne Durchströmungsregelung verursacht wird. Damit das System im Gleichgewicht gehalten wird, sind nach diesem Verfahren die Zufuhrleitungen der Pumpen über Rückschlagventile an eine Wasserleitung angeschlossen. Wird der Unterdruck in einer Pumpe zu hoch, so strömt über das Rückschlagventil Wasser aus der Wasserleitung zu, wodurch die Überlaufmasse der Hydrozyklonanlage, also das Fruchtwasser weiter verdünnt wird.
Es wurde nun gefunden, daß man durch Trennen des

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum 40 geriebenen Kartoffelbreis durch Hydrozyklone in

Gewinnen von unverdünntem oder wenig verdünntem Fruchtwasser und von Stärke aus Hackfrüchten, wie Kartoffeln, Süßkartoffeln und Kassawarüben, wobei diese gerieben werden und das Geriebene durch Hydrozyklone in einer Anzahl Trennungsstufen derart behandelt wird, daß die bei der Trennung in einer Stufe η erhaltene schwere Fraktion unter Zugabe der bei der Trennung in der Stufe n+2 erhaltenen leichten Fraktion in der Stufe n+1 getrennt wird, und kwar derart, daß Fruchtwasser und Fasern einerseits und Stärke andererseits das Fruchtwasser in unverdünnter oder wenig verdünnter Form gewinnen kann unter Beibehaltung einer guten Stärkeausbeute, wenn man die Kartoffeln ohne Zusatz von Wasser derart reibt, daß die Fasern überwiegend größer als 0,2 mm, jedoch nicht größer als 1 mm sind und die Zufuhr jeder Hydrozyklonstufe individuell konstant gehalten wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Gewinnen

einerseits eine Mischung von Fruchtwasser und Fasern 50 von unverdünntem oder wenig verdünntem Fruchtwas-

und andererseits eine Stärkesuspension erhalten wird. Die Erfindung wird insbesondere für die Anwendung von Kartoffeln als Ausgangsmaterial beschrieben. Ein Verfahren dieser Art ist aus der niederländischen ser und von Stärke aus Hackfrüchten, wobei diese gerieben werden und das Geriebene durch Hydrozyklone in einer Anzahl Trennungsstufen derart behandelt wird, daß die bei der Trennung in der Stufe η erhaltene

Patentschrift 77 039 bekannt. Nach diesem bekannten 55 schwere Fraktion unter Zugabe der bei der Trennung in

Verfahren werden beispielsweise Kartoffeln unter Zusatz von maximal der dreifachen Gewichtsmenge Wasser, berechnet auf die ursprüngliche Menge Fruchtwasser, einmal gerieben bis auf eine Teilchengröder Stufe n+2 erhaltenen leichten Fraktion in der Stufe n+1 getrennt wird, und zwar derart, daß einerseits eine Mischung von Fruchtwasser und Fasern und andererseits eine Stärkesuspension erhalten wird, ist dadurch

ße von weniger als 0,17 mm und vorzugsweise weniger 60 gekennzeichnet, daß man die Hackfrüchte ohne Zugabe

als 0,15 mm. Weiter wird nach diesem bekannten Verfahren vor der letzten Trennungsstufe Wasser, vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 0,6 m³ und höchstens ί rr.³ frischen Wassers pro Tonne Kartoffeln, zugegeben.

Während bei der Kartoffelstärkeherstellung normalerweise wenigstens zweimal gerieben wird, wobei die Größe der Fasern in dem ersten Geriebenen etwa von Wasser derart reibt, daß die dabei anfallenden Fasern überwiegend größer als 0,2 mm, jedoch nicht größer als 1 mm sind, die Zufuhr jeder Hydrozyklonstufe individuell köiisiäiii häii und zum Auswaschen der Stärke weniger als 0,8 m³ frisches Wasser pro Tonne Ausgangsmaterial verwendet.

Vorzugsweise liegt die Größe der Fasern in dem geriebenen Brei zwischen 0,4 mm und 0,8 mm. Diesen