DE2511904C3

DE2511904C3 - Verfahren zur Aufarbeitung von Melassen

Info

Publication number: DE2511904C3
Application number: DE19752511904
Authority: DE
Inventors: Mohammad Dr. Munir; Hubert Dr. Schiweck; Hans-Werner Weinz; Fritz 6521 Offstein Wurm
Original assignee: Sueddeutsche Zucker AG
Current assignee: Sueddeutsche Zucker AG
Priority date: 1975-03-19
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1980-05-22
Also published as: IE41360L; DE2511904A1; FR2304673A2; FR2304673B2; IE41360B1; GB1503815A; DK186875A; NL7505104A; BE828541R; DE2511904B2; LU72372A1

Description

AO

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung des Zuckers aus Melasselösungen.

Gegenstand des Hauptpatents, DE-PS 23 62 211, ist ein Verfahren zur Auftrennung von Melassen in Zuckerund Nichtzuckerstoffe durch Verteilungschromatographie an schwach vernetzten Kationenaustauschern in der Calciumform in hintereinander geschalteten Ionenaustauschersäulen, welches dadurch gekennzeichnet ist, 5O₁ daß man das gesamte Bettvolumen des Kationenaustauscher in der Calciumform im Verhältnis 55 — 75 Vol.-% zu 45 — 25 Vol.-% auf mindestens 2 Säulen verteilt und zunächst auf die 55-75 Vol.-% des verteilten Bettvolumens Melasselösung aufträgt, dann mit entcarbonisiertem Wasser eluiert, bis im Ablauf dieser 55 — 75 Vol.-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, und dann die 45-25 Vol.-% des Bettvolumens anschließt, bis im Ablauf dieser 45-25 Vol.-% des Bettvolumens ebenfalls Zucker nachweisbar ist, und dann die 45 — 25 ω Vol.-% des Bettvolumens wieder von den 55 — 75 Vol.-% des Bettvolumens abtrennt, und zuletzt mit entcarbonisiertem Wasser aus den 55 — 75 Vol.-% des Bettvolumens die Nichtzuckerstoffe und aus den 45 — 25 Vol.-% des Bettvolumens die Zuckerstoffe eluiert. b5

In weiterer Ausgestaltung des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Erfindungsgedankens wurde nun gefunden, daß sich Melasse in Zucker und Nichtzuckerstoffe durch Flüssigkeitsverteilungschromatographie an Kationenaustauschern in der Calciumform in hintereinandergeschalteten Ionenaustauschersäulen auftrennen lassen, wenn man das gesamte Bettvclumen des Kationenaustauschers in der Calciumform im Verhältnis 25-45 VoL-% zu 25-45 Vol.-°/o zu 25-45 VoL-% auf mindestens drei Säulen verteilt und zunächst auf die ersten 25-45 VoL-% des verteilten Bettvolumens Melasselösung aufträgt, dann mit entcarbonisiertem Wasser eluiert, bis im Ablauf dieser 25 — 45 VoL-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, und dann die zweiten 25-45 Vol.-°/o des Bettvolumens an die ersten 25-45 VoL-% des Bettvolumens anschließt, bis im Ablauf dieser 25-45 VoL-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, und dann die dritten 25—45 Vol.-% des Beitvolumens an die zweiten 25—45 VoL-% des Bettvolumens anschließt und die zweiten 25—45 VoL-% von den ersten 25-45 VoL-% des Bettvolumens abtrennt, und sobald im Ablauf der dritten 25—45 VoL-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, auch die dritten 25-45 VoL-% des Bettvolumens von den zweiten 25-45 Vol.-% des Bettvolumens abtrennt und zuletzt mit encarbonisiertem Wasser aus den ersten 25-45 Vol.-% des Bettvolumens und den zweiten 25—45 VoL-% des Bettvolumens die Nichtzuckerstoffe und aus den dritten 25—45 VoL-% des Bettvolumens die Zucker eluiert

Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in einer wesentlichen Verkürzung der Zyklusdauer und damit in einer Beschleunigung des Durchsatzes.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können die an sich bekannten und z.B. im Hauptpatent 23 62 211 beschriebenen gelförmigen und/oder makroporösen Kationenaustauscherharze verwendet werden.

Die Überführung der Kationenaustauscher in die Calciumsalzform erfolgt in an sich bekannter Weise, indem man den Kationenaustauscher bis zur Sättigung mit einer 1-10 gew.-%igen, vorzugsweise 4 — 6 gew.-%igen Calciumchloridlösung belädt, die mit Calciumoxid auf einen pH-Wert von > 9 eingestellt ist.

Anstelle der Calciumchloridlösung kann auch die auf 10% Trockensubstanz eingedampfte Nichtzuckerfraktion oder auch die zuckerhaltige Fraktion, deren Kationen hauptsächlich aus Calciumionen bestehen, verwendet werden.

Die Trennung nach dem erfindungsgernäßen Verfahren wird in mindestens drei hintereinandergeschalteten Ionenaustauschersäulen durchgeführt, auf die das gesamte Bettvolumen des Kationenaustauschers im Verhältnis 25-45 Vol.-%, vorzugsweise 30-40 Vol.-% pro Säule verteilt ist. Die Trennleistung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist abhängig von der Konzentration der aufgegebenen Melasselösung; man belädt den Kationenaustauscher mit Melasselösung der Konzentration 40 — 65 Gew.-%, vorzugsweise 45-55 Gew.-%, an Trockensubstanz.

Die Menge der aufgegebenen Melasselösung ist abhängig von der Reinheit (d. h. von dem prozentualen Zuckeranteil bezogen auf die Trockensubstanz) der Melasse. Arbeitet man bei einer Reinheit der Melasse von 60 — 70%, dann wird die Aufgabenmenge der Melasselösung so bemessen, daß sie 17 —19 g Melassezucker pro Liter lonenaustauscherharz entspricht. Bei Reinheiten unter 60% wird die Menge der aufzugebenden Melasselösung bestimmt durch den Nichtzuckeranteil. In diesem Fall enthält die Melasselösung 10—14 g Nichtzucker pro Liter lonenaustauscherharz.

Die Trennung wird bei Temperaturen zwischen 50 und 99° C, vorzugsweise zwischen 85 und 95° C, durchgeführt

Die Aufgabe der Melasselösung und die Elution der Zucker- und der Nichtzuckeranteile von der Säule wird mit einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 2,0 - 6,0 cm/mia, vorzugsweise bei 3 ^ 4 cm/min., durchgeführt

Zur Elution der Zucker- und Nichtzuckerstoffe, die bei der Auftrennung der Melasselösungen anlallen, verwendet man entcarbonisiertes Wasser, das durch Zugabe von Calciumoxid zu Wasser hergestellt und auf einen pH-Wert >9 eingestellt wird

Nach der Elution der Zucker- und Nichtzuckerstoffe kann wieder Mdasselösung aufgegeben werden. Im folgenden wird das Verfahren von der Aufgabe der Meiasselösung bis zu der Elution der Zucker- und Nichtzuckerstoffe als Zyklus bezeichnet

In Fig. 1 wird die Verfahrensweise graphisch dargestellt Es ist jeweils der Trockensubstanz-(TS) und der Zuckergehalt aufgetragen. In F i g. 1.1 sind als Zulauf zur Säule abwechselnd Melasse und Wasser eingetragen. Jede neue Melasseaufgabe bedeutet den Beginn eines neuen Zyklusses. Am Ausgang der Säule kann eine an Zucker angereicherte und eine zuckerfreie Nichtzukkerfraktion (NZ) aufgefangen werden. Die an Zucker angereicherte Fraktion und Wasser bilden den Zulauf zur nächsten Säule. Dort wird aus der zuckerhaltigen Fraktion ein weiterer Teil Nichtzucker abgetrennt Das Effluat der Säule 2 bildet eine an Zucker stärker angereicherte Fraktion und eine zuckerfreie NichLdukkerfraktion. Die zuckerhaltige Fraktion wird auf Säule 3 aufgegeben und mit Wasser eluiert Dort wird aus der zuckerhaltigen Fraktion so viel Nichtzucker abgetrennt, daß eine Zuckerfraktion mit hoher Reinheit verbleibt. Am Ausgang der Säule 3 kann eine Produktfraktion mit hoher Reinheit bezüglich des Zuckers und eine Nichtzuckerfraktion, die weitgehend zuckerfrei ist, aufgefangen werden.

Neben der chromatographischen Trennung erfolgt noch eine fortschreitende Beladung des gesamten Bettvolumens des Ionenaustauschers mit Alkaliionen (Kalium und Natrium) aus der Melasse. Das ausgetauschte Calcium wandert dabei mit der Zucker- und der Nichtzuckerfraktion aus der Säule heraus. Aus diesem Grunde regeneriert man die Säulen vorteilhafterweise nach einer Anzahl von Zyklen mit basischer Calciumchloridlösung.

Die Trennleistung der Anlage ist auch dann noch voll gegeben, wenn die von der Melasse zuerst durchströmten 25—45% des Bettvolumens teilweise mit Alkaliionen beladen sind. Erst, wenn die Alkaliionen bis zu den nächsten 25-45% des Bettvolumens vorgedrungen sind, wird die Trennung schlechter. Wenn man die Anzahl der zwischen zwei Regenerationen durchzpführenden Zyklen begrenzt, kann man vermeiden, daß Alkaliionen bis zu den zweiten 25 — 45% des Bettvolumens vordringen. Dann braucht man nur die ersten 25 -45% des Bettvolumens zu regenerieren.

Beispiel

Die Versuchsanlage (sie^ F1 g. 2) zur Auftrennung der Melasse in verschiedene Stoffgruppen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht aus drei gleichgroßen, hintereinandergeschalteten Säulen (Durchmesser 1 m, Harzhöhe 5,70 m, Bettvolumen der Anlage 13,4 m³ Ionenaustauscherharz). Auf Säule Si, S₂ und S₃ ist zu gleichen Teilen das Gesamtvolumen eines mit 4%

60

65 Divinylbenzol vernetzten, handelsüblichen, mikroporösen Kationenaustauschers mit Sulfonsäuregruppen in der Calciumform verteilt Zur Anlage gehören fernfr drei Pumpen (Pi, P₂ und P₃), ein Vorratsgefäß für Wasser und ein Vorratsgefäß für Melasse. Die Temperierung der Säulen wird dadurch erreicht, daß auf 90° C angewärmtes Wasser durch die Säulen gepumpt wird. Für die Produktdetektion wird jeweils ein Meßstrom des Effluates der einzelnen Säulen auf 27° C gekühlt und nacheinander durch die Meßzellen eines Polarimeters, eines Refraktographen und eines Leitfähigkeitsmeßgerätes geleitet

Arbeitsweise

1. Ventile 1, 3 und 6 sind geöffnet. Alle anderen Ventile sind geschlossen. Pumpe Pi wird eingeschaltet, und 5801 (0,04 Vol.-% des Bettvolumens) der auf 90° C erwärmten Melasselösung mit einem Gehalt von 50 Gew.-% an Trockensubstanz und von der Reinheit 61% werden auf die Säule Si mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,4 cm/min, gepumpt.

2. Sobald die Melasselösung aufgegeben ist, wird das Ventil 1 geschlossen und Ventil 2 geöffnet Nun wird die Säule 5Ί mit durch Calciumoxid entcarbonisiertem, auf 90° C erwärmtem Wasser eluiert. Sobald im Eluat dieser Säule Zucker angezeigt wird, wird die Säule S₂ dazu geschaltet. Nun sind die Ventile 2, 4, 6, 7 und 10 geöffnet. Die Pumpe P₁ pumpt weiterhin entcarbonisiertes Wasser, das auf 90° C erwärmt ist, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,4 cm/min, über die Säulen Si und S₂.

3. Sobald im Eluat der Säule Si kein Zucker mehr nachgewiesen wird, wird diese Säule von der Säule S₂ getrennt. Hierzu wird Ventil 4 geschlossen und die Ventile 3 und 5 geöffnet. Es wird jetzt auch die Pumpe Pi eingeschaltet. Die Pumpe Pi pumpt weiterhin entcarbonisiertes Wasser, das auf 90° C erwärmt ist, über die Säule Si, während die Pumpe P₂ das Wasser über die Säule S₂ pumpt. Das Eluat der Säule Si wird in einem Sammelbehälter für Nichtzuckerfraktion aufgefangen, bis das Eluat trockensubstanzfrei ist. Danach kann die nächste Charge Melasse auf die Säule Si gepumpt werden.

4. Wenn im Eluat der Säule S₂ Zucker angezeigt wird, wird die Säule S3 dazugeschaltet. Hierzu schließt man Ventil 7 und öffnet Ventil 8. Ober Ventil 11 kann die Zusammensetzung des Eluates der Säule Si kontrolliert werden.

5. Sobald im Eluat der Säule S₂ kein Zucker mehr nachgewiesen wird, wird diese Säule von Säule S₃ getrennt. Hierzu wird Ventil 8 geschlossen und die Ventile 7 und 9 geöffnet. Pumpe P₃ wird eingeschaltet und pumpt entcarbonisiertes Wasser, das auf 90° C erwärmt ist, mit einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 3,4 cm/min, über die Säule S₃, während die Pumpe P₂ weiterhin Wasser über die Säule S₂ pumpt. Das Eiuat aus der Säule S₂ wird in einem Sammelbehälter für die Nichtzuckerfraktion aufgefangen, bis das Eluat trockensubstanzfrei ist. Danach steht die Säule für den nächsten Zyklus zur Verfügung.

6. Die Zuckerfraktion, die sich auf Säule S₃ befindet, wird mit auf 90° C angewärmtem, entcarbonisiertem Wasser bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,4 cm/min, aus der Säule eluiert. Die Zuckerfraktion wird bis zu einer Polarimeteranzeige von 0,45° S gesammelt. Das darauffolgende Eluat

sammelt man zusammen mit den Nichtzuckerfraktionen der Säulen S\ und S₂ in den Sammelbehälter. Danach steht die Säule & für den nächsten Zyklus zur Verfügung.

Die Zyklusdauer nach der oben beschriebenen Arbeitsweise beträgt 2 Stunden und 15 Minuten.

Die Ergebnisse von neun Zyklen zwischen zwei Regenerationen gibt die Tabelle wieder. Das Volumen der Zucker enthaltenden Fraktion liegt zwischen 1,95 ι ο und 2,10 m³; wenn man das Volumen der Zucker enthaltenden Fraktion auf das Bettvolumen des Ionenaustauscherharzes bezieht, liegt es zwischen den Werten 0,145 und 0,158. Der Trockensubstanzgehalt der Zucker enthaltenden Fraktion liegt zwischen 10,7 und 11,3%. Aus den Ergebnissen geht hervor, daß durchschnittlich 97,7% des eingesetzten Melassezukkers mit einer Reinheit von durchschnittlich 92,2% v/ieder gewonnen werden, wobei durchschnittlich

Tabelle

89,5% des Nichtzuckers in der Melasse abgetrennt worden sind.

Die Zucker enthaltenden Fraktionen aus Zyklus 1 bis 9 werden bis zu einem Trockensubstanzgehalt von 70% eingedampft; nach dreistufiger Kristallisation werden 85% des Zuckers, bezogen auf den eingesetzten Zucker in der Produktfraktion, kristallin gewonnen.

Das Volumen der Nichtzuckerfraktion von Säule Si, bezogen auf das Gesamtbettvolumen des Ionenaustauscherharzes, beträgt 0,179. Die Konzentration liegt bei 3,6% Trockensubstanz. Von Säule S₇ bekommt man eine Nichtzuckerfraktion mit einer Konzentration von 1,45% Trockensubstanz und eine Menge von 0,112 Bettvolumina. Die Menge der Nichtzuckerfraktion von Säule S3 liegt bei 0.071 Bettvolumina und deren Konzentration bei 2,7% Trockensubstanz. Diese Nichtzuckerfraktionen werden getrennt oder zusammen bis zu einem Trockensubstanzgehalt von 70% eingedampft und einer sinnvollen Verwertung zugeführt.

Zyklus
1 2

Über neun Zyklen gemittelter
Durchschnitt

Volumen der Zucker
enthaltenden Fraktion
bezogen auf das Bettvolumen des Ionenaustauscherharzes
Trockensubstanzgehalt (%)
Reinheil

Ausbeute, bezogen auf den
eingesetzten Melassezucker

0,158 0,153 0,150 0,147 0,145 0,147 0,145 0,145 0

0,148

10,7	11,1	11,2	11,2	11,3	11,2	11,2	11,2	11,3	11,2
93,2	93,2	92,9	92,9	92,6	92,0	91,8	91,1	90,2	92,2
98,1	98,1	97,7	98,1	98,1	97,2	97,7	98,4	95,9	97,7
	Hierzu 2	Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Auftrennung von Melassen in Zucker und Nichtzuckerstoffe durch Flüssigkeitsverteilungschromatographie an Kationenaustauschern in der Calciumform in hintereinandergeschalteten Ionenaustauschersäulen gemäß Hauptpatent DE-PS 2362211, dadurch gekennzeichnet, daß man das gesamte Bettvolumen des Kationenaustau- :o schers in der Calciumform im Verhältnis 25-45 Vol.-% zu 25-45 Vol.-% zu 25—45 VoL-% auf mindestens drei Säulen verteilt und zunächst auf die ersten 25—45 Vol.-% des verteilten Bettvolumens Melasselösung aufträgt, dann mit entcarbonisiertem η Wasser eluiert, bis im Ablauf dieser 25—45 VoL-°/o des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, und dann die zweiten 25—45 Vol.-% des Bettvolumens an die ersten 25—45 Vol.-% des Bettvolumens anschließt, bis im Ablauf dieser 25—45 Vol.-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, und dann die dritten 25-45 VoL-% des Bettvolumens an die zweiten 25 — 45 Vol.-% des Bettvolumens anschließt und die zweiten 25—45 VoI.-% des Bettvolumens von den ersten 25—45 Vol.-% des Bettvolumens abtrennt und, sobald im Ablauf der dritten 25-45 VoL-% des Bettvolumens Zucker nachweisbar ist, auch die dritten 25-45 Vol.-% des Bettvolumens von den zweiten 25-45 VoL-% des Bettvolumens abtrennt und zuletzt mit entcarbonisiertem Wasser aus den ersten 25-45 Vol. % des Bettvolumens und den zweiten 25 — 45 Voi.-°/o des Bettvolumens die Nichtzuckerstoffe und aus den dritten 25—45 Vol.-% des Bettvolumens die Zucker eluiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- J5 zeichnet, daß man die Trennung bei einer Temperatur von 50 - 99° C durchführt.