DE2526297C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen von Zuckerkristallen aus einer Zuckerlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewinnen von Zuckerkristallen aus einer Zuckerlösung, in dem die Lösung in einem Mehrstufenverdampfer eingedickt und der Dicksaft über ein Puffergefäß einem diskontinuierlich wirkenden Kochapparat zugeführt wird, in dem der Zucker auskristallisiert.

Bei dem bekannten Verfahren wird der dem Mehrstufenverdampfer entstammende Saft bei einer Konzentration von etwa 65 Brix in einem Kochapparat eingedampft, wobei die Temperatur des dicken Saftes etwas höher ist als dem in dem Kochapparat vorherrschenden, absoluten Druck entspricht. Während des Eindampfens wird bereits Selbstverdampfung auftreten, wobei die Konzentration des Saftes zunimmt. Beim Erreichen eines bestimmten Saftpegels im Kochapparat wird die Zufuhr des Heizdampfes geöffnet, worauf das Eindicken des Saftes eingeleitet wird. Wenn der Saft hinreichend eingedickt ist, werden Kornkeime zugesetzt, worauf die Kristallisierung anfangen kann. Während der Kristallisierung wird ferner ungesättigter Saft zugeführt, während nach wie vor Wärme zugeführt wird. Wenn schließlich die Konzentration den Maximalwert erreicht hat, ist der Siedezyklus beendet, worauf der Kochapparat geleert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein halbkontinuierliches Verfahren zu schaffen, bei dem wesentliche Energieersparnisse erzielt werden.

Zur Läsung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man den dem Mehrstufenverdampfer entstammenden Dicksaft in einem kontinuierlich arbeitenden Konzentrator bis zu einer Konzentration eindickt bei der im Kochapparat bekannterweise die Impfung erfolgt den Druck des konzentrierten Dicksaftes erhöht und den Saft einem Puffergefäß zuführt in dem er einem höheren Druck unterliegt als im Konzentrator, wobei die Temperatur aufrechterhalten und der Inhalt des Gefäßes tüchtig gerührt wird, und daß man anschließend den Kochapparat aus dem Puffergefäß unter gleichzeitigem Zusetzen von Kornkeimen füllt Bei einem solchen Verfahren erfolgt der erste Teil des Siedezyklus, der bisher in einem Kochapparat durchgeführt wurde in dem Konzentrator. In dem Konzentrator werden eine Temperatur und ein Druck verwendet die der Temperatur bzw. dem Druck entsprechen, bei denen im Kochapparat bis zur gleichen Konzentration eingedickt werden würde. Der Wert dieser Konzentration ist z. B. der Größenordnung von 85 Brix. Da die größte Wassermenge im Konzentrator verdampft wird, steht der entsprechende Dampf zur Verwendung an einer anderen Stelle im Betrieb zur Verfügung, z. B. zum Heizen des Kochapparates. Dies bring eine beträchtliche Energieersparnis mit sich. Beim Durchführen der bekannten Verfahren wird der Kochapparat durch Dampf der ersten oder zweiten Stufe des Mehrstufenverdampfers geheizt. Zweckmäßig kann der Heizdampf dem Konzentrator entnommen werden, der wieder durch Dampf der zweiten oder dritten Verdampferstufe geheizt werden kann. Eine direkte Folge des beschriebenen Verfanrens ist, daß weniger Injektionswasser in den Kondensierungsvorrichtungen notwendig ist.

Da in dem Kochapparat lediglich Kristallisierung und keine Eindickung stattfinden, hat der Kochapparat bei gleichem Inhalt eine bedeutend höhere Kapazität. Auch die Spitzenbelastung bei der Dampfentnahme wird günstiger. Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß der Übergang von dem bekannten Verfahren auf das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nur eine beschränkte Investition erfordert, da ein großer Teil der vorhandenen Geräte benutzt werden können.

Da nach der Erfindung das Eindicken des Dicksaftes im Vorkonzentrator vor dem Kochapparat, also unabhängig von der Kristallisation, bis zu einer Konzentration erfolgt, bei der normalerweise im Kochapparat die Impfung erfolgt, kann man in zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Temperatur und Druck im Konzentrator als Zustandsgrößen der gewünschten Konzentration des Dicksaftes je auf einen konstanten Wert einstellen und halten. Damit ist eine selbstätige Regelung der gewünschten Konzentration des Dicksaftes im Konzentrator auf einfache Weise ermöglicht.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung

^b'> einen Mehrstufenverdampfer, ein Puffergefäß und einen diskontinuierlich arbeitenden Kochapparat umfaßt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mehrstufenverdamnfer und

dem Puffergefäß ein kontinuierlich arbeitender Konzentrator geschaltet ist, wobei in den Dicksaftleitungen zwischen dem Konzentrator und dem Puffergefäß eine Verdrängerpumpe vorgesehen ist, und das Puffergefäß ein Vorwärmeelement und ein Rührwerk aufweist

Diese Ausbildung der Vorrichtung mit einem Puffergefäß und Verdrängerpumpe ermöglicht zum einen ein quasi kontinuierliches Verfahren und stellt zum andereo sicher, daß der Druck im Puffergefäß höher ist als im Konzentrator, damit keine Verdampfung mehr auftritt und eine Konzentrationserhöhung des Dicksaftes vermieden ist Einer Kondensation und damit Gefahr unerwünschter schon beginnender Kristallisierung wird durch das Vorwärmelement am Puffergefäß und das Rührwerk vorgebeugt. Eine Erhöhung des Druckes im Puffergefäß gegenüber dem Konzentrator ist auf einfache Weise bewerkstelligt, wenn der Raum über dem Flüssigkeitspegel im Puffergefäß mit der Umgebung in offener Verbindung steht Im Puffergefäß herrscht dann der atmosphärische Druck vor, der erheblich höher ist, als der Druck im Konzentrator.

In zweckmäßiger Ausbildung der Vorrichtung ist in der Dicksaftleitung zwischen der letzten Stufe des M ehrstufen Verdampfers und dem Konzentrator eine Verdrängerpumpe vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß Schwankungen in den Betriebsverhältnissen des Konzentrators sich nicht am Mehrstufenverdampfer auswirken.

Zweckmäßig kann das Puffergefäß sphärisch ausgebildet werden. Dies ergibt ein günstiges Verhältnis zwischen der Wärmeabgabefläche und dem Inhalt des Puffergefäßes. Das Aufrechterhalten der Temperatur des Gefäßes erfordert dann eine Minimalwärmezufuhr. Außerdem gibt es im Gefäß keine Totwinkel, in denen eine solche Übersättigung auftreten könnte, daß eine spontane Kristallisierung eintritt.

Ist das Puffergefäß mit einem Rührwerk versehen, dessen Antriebsvorrichtung mit einer Regelvorrichtung verbunden ist, so kann diese die Zufuhr untergesättigten Safts an das Puffergefäß steuern, so daß bei Zunahme der aufgenommenen Leistung der Antriebsvorrichtung über einen bestimmten Wert die Zufuhr untergesättigten Safts an das Gefäß geöffnet wird. Es ergibt sich auf diese Weise eine besonders zweckvolle Sicherung vor einer unerwünschten Zunahme der Übersättigung. Wenn die Übersättigung zunimmt und die Konzentration höher wird, nimmt die aufgenommene Leistung der Antriebsvorrichtung zu und beim Erreichen eines kritischen Werts kann die Übersättigung durch das öffnen der Zufuhr des untergesättigten Safts beseitigt werden.

Zweckmäßig kann auch der Kochapparat mit einem mechanischen Rührwerk versehen werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht kein Heizdampf zugeführt zu werden, wenn der Saft dem Kochapparat zugeführt wird. Vorher wurde stets Dampf zugeführt, wodurch ein ausreichender Umlauf entstand. Damit beim erfindungsgemäßen Verfahren, auch wenn kein Dampf zugeführt wird, dennoch ein zufriedenstellender Umlauf erzielt wird, ist es von Bedeutung, ein mechanisches Rührwerk vorzusehen. Statt dessen könnte auch die Zuführung etwas untergesättigten Safts und ggf. Heizdampfes vorgesehen werden, jedoch allein zum Zwecke der Aufrechterhaltung einer Zirkulation.

Vorteilhaft kann das Pufiergefäß doppelwandig ausgebildet werden, während die /wischen den Wänden gebildete Kammer mit mindestens einem Anschlußstutzen versehen werden kann. Dies ergibt die Möglichkeit, den gebildeten Raum zu evakuieren, so daß eine gute Wärmeisolierung erzielt wird. Es ist auch möglich, der zwischen den Wänden gebildeten Kammer Dampf zuzuführen, so daß Wirmeverluste nach außen hin vollständig ausgeglichen werden könne.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, das Puffergefäß mit einer Zufuhrleitung für untergesättigten Dicksaft mit einem von einem Regler bedienten Ventil ίο zu versehen, wobei der Regler sowohl von der aufgenommenen Arbeitsleistung des Rührwerks, als auch von der Konzentration des Dicksaftes im Puffergefäß gesteuert wird, derart, daß bei Überschreitung eines bestimmten Maximalwertes der aufgenommenen Rührwerksleistung der Regler das Ventil öffnet (so daß ungesättigter Dicksaft nachfließt und die Konzentration im Puffergefäß wieder herabsetzt) und daß bei Unterschreiten eines bestimmten Minimalwertes der Konzentration des Dicksaftes im Gefäß der Regler das Ventil schließt

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines

schematisch dargestellten Verfahrens näher erläutert In der Zeichnung sind die unterschiedlichen, einen Teil der Vorrichtung nach der Erfindung bildenden Geräte schematisch dargestellt

Bezugsziffer 1 bezeichnet die letzte Stufe eines Mehrstufenverdampers. Die zweitletzte Stufe ist mit 2 bezeichnet. Der im Verdampfer 2 ausgelöste Dampf wird durch die Leitung 3 dem Verdampfer 1 zugeführt. Der im Verdampfer 2 eingedickte Saft wird durch die Leitung 4 dem Verdampfer 1 zugeführt, von woher der Saft durch die Leitung 5 und durch eine Verdrängerpumpe 6 einem Konzentrator 7 zufließt. Der Konzentrator besteht aus einem Verdampferkörper 8, dem durch die Leitung 9 Dampf zugeführt wird. Der Verdampfer ist auf der Oberseite durch die Leitung 10 mit dem Dampfabscheider U verbunden, aus dem durch die Leitung 12 der entstehende Dampf entweichen kann, während die Flüssigkeit durch die Leitung 13 wieder dem Verdampferkörper 8 zugeführt wird. Der durch die Leitung 12 entweichende Dampf kann an einer anderen Stelle im Betrieb benutzt werden, z. B. zum Heizen von Kochapparaten. Die Leitung 5 enthält einen Regler K, der den Pegel im Abscheider 11 konstant hält. Die Leitung 9 hat einen Regler 15, der die Dampfzufuhr in Abhängigkeit von der Temperatur in der Leitung regelt. In die Leitung 12 ist ein Regler 16 eingefügt, der dafür sorgt, daß der im Abscheider 11 vorherrschende Druck aufrechterhalten wird. An die Leitung 13 schließt sich die Leitung 17 an, in die eine Verdrängerpumpe 18 eingefügt ist. Durch die Leitung 17 wird der im Konzentrator 7 eingedickte Saft einem Puffergefäß 19 zugeführt. Das Puffergefäß ist sphärisch ausgebildet und mit einem mechanischen Rührwerk 20 versehen. Ferner ist ein Heizelement 21 vorhanden. Durch eine Leitung 22 kann das Gefäß mit der freien Luft in Verbindung gesetzt werden. Mittels der Heizvorrichtung 21 wird der Inhalt des Gefäßes auf einer Temperatur gehalten, bei der die Dampfzufuhr an die Heizvorrichtung 21 über W) einen Regler 23 erfolgt, der auf die Temperatur im Gefäß anspricht. An die Leitung 17 schließt sich eine Leitung 24 an, in der ein Regler 25 vorgesehen ist. Dieser Regler 25 wird von der aufgenommenen Leistung des Rührwerks 20 gesteuert, so daß wenn die »Γι aufgenommene Leistung einen bestimmten Wert überschreitet, der Regler 25 Saft einer geringeren Konzentration als im Gefäß !9 dem Gefäß zuführt Außerdem wird der Reeler 25 durch iinmiftpllv.i·..

Messung der Konzentration des Inhalts des Gefäßes 19 beeinflußt. Der Regler 25 sorgt somit dafür, daß nicht eine zu starke Konzentration im Gefäß 19 eintreten kann, da sonst Kristallisierung entstehen könnte. Das Gefäß 19 steht durch eine Leitung 26 mit einem Kochappcrai 27 in Verbindung. Der Kochapparat 27 ist mit einem Heizelement 28 versehen, dem durch die Leitung 29 Dampf zugeführt wird. In der Leitung 29 ist ein Regler 30 vorgesehen, der auf die Übersättigung im Kochapparat anspricht. Der in dem Kochapparat 27 gebildete Dampf wird durch eine Leitung 31 abgeführt, die sich an eine Kondensationsvorrichtung 32 anschließt. Die Leitung 31 hat einen Regler 33, der dafür sorgt, daß das Vakuum in dem Kochapparat aufrechterhalten wird. Der Kochapparat 27 ist ferner mit einem mechanischen Rührwerk 34 versehen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Aus dem Mehrstufenverdampfer wird durch die Verdrängerpumpe 6 und die Leitung 5 der z. B. bis zu einer Konzentration von 75 Brix eingedickte Saft dem Konzentrator 7 zugeführt. In diesem Konzentrator wird der Saft z. B. bis zu einer Konzentration von 85 Brix eingedickt. Der eingedickte Saft wird aus dem Konzentrator durch die Leitung 17 und die Verdrängerpumpe 18 dem Puffergefäß 19 zugeführt. In dem Puffergefäß 19 herrscht ein höherer Druck vor als im Konzentrator 7, so daß keine Verdampfung mehr auftritt und die Konzentration somit nicht zunimmt. Um das Auftreten von Kondensation zu vermeiden, wird der Wärmeverlust durch die Heizvorrichtung ausgeglichen. Zum Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Temperatur ist das Rührwerk 20 vorgesehen, das außerdem zum Verhüten einer Kristallisierung dient. Wenn die Konzentration trotzdem zunehmen würde, wird die aufgenommene Leistung des Rührwerks sehr hoch, so daß durch den Regler 25 aus der Leitung 5 Saft mit einer Konzentration von 65 Brix dem Puffergefäß zugeführt wird. Die Konzentration sinkt somit unmittelbar ab. Am Anfnng nnes Siedezyklus wird der im Puffergefäß 19 gespeicherte Saft von 85 Brix des Kochapparates 27 zugeführt, während gleichzeitig Kornkeime zugesetzt werden, in dem Kochapparat 27 braucht dann nur wenig Wasser verdampft 711 werden, um die Kristallisation herbeizuführen. Der größte Teil des zum Erhöhen der Konzentration von 65 Brix auf 85 Brix zu verdampfenden Wassers ist in dem Konzentrator 7 verdampft, wobei der entwickelte Dampf durch die Leitung 12 abgeführt wird, um irgendwo sonst benutzt zu werden. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren ergibt sich dabei eine wesentliche Ersparung an Energie. Außerdem läßt sich die Kapazität des zur Verfügung stehenden Kochapparates erhöhen, da in dem Kochapparat der Zyklus bedeutend kurzer sein kann. Da bedeutend weniger Dampf der Kondensationsvorrichtung 32 zugeführt zu werden braucht, sinkt auch der Verbrauch von Kühlwasser der Kondensierungsvorrichtung erheblich ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gewinnen von Zuckerkristallen aus einer Zuckerlösung, in dem die Lösung in einem Mehrstufenverdampfer eingedickt und der Dicksaft über ein Puffergefäß einem diskontinuierlich wirkenden Kochapparat zugeführt wird, in dem der Zucker auskristallisiert, dadurch gekennzeichnet, daß man den dem Mehrstufenverdampfer entstammenden Dicksaft in einem kontinuierlich arbeitenden Konzentrator bis zu einer Konzentration eindickt, bei der im Kochapparat bekannterweise die Impfung erfolgt, den Druck des konzentrierten Dicksaftes erhöht und den Saft einem Puffergefäß zuführt, in dem er einem höheren Druck unterliegt, als im Konzentrator, wobei die Temperatui aufrechterhalten und der Inhalt des Gefäßes tüchtig gerührt wird, und daß man anschließend den Kochapparat aus dem Puffergefäß unter gleichzeitigem Zusetzen von Kornkeimen füllt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Temperatur und Druck im Konzentrator als Zustandsgrößen der erwünschten Konzentration des Dicksaftes je auf einen konstanten Wert einstellt und hält.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Mehrstufenverdampfer, einem Puffergefäß und einem diskontinuierlich arbeitenden Kochapparat, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mehrstufenverdampfer (1, 2) und dem Puffergefäß (19) ein kontinuierlich arbeitender Konzentrator (7) geschaltet ist, wobei in den Dicksaftleitungen (17) zwischen dem Konzentrator (7) und dem Puffergefäß (19) eine Verdrängerpumpe (18) vorgesehen ist, und das Puffergefäß (19) ein Vorwärmeelement (21) und ein Rührwerk aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dicksaftleitung (5) zwischen der letzten Stufe (1) des Mehrstufenverdampfers (1, 2) und dem Konzentrator (7) eine Verdrängerpumpe (6) vorgesehen ist.