DE2550496C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge zum Abschleudern und Wiederauflösen von Zucker gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches.

Es ist eine Zentrifuge der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 20 25 828), welche unter dem Eindruck der in der Zuckerindustrie bekannten Tatsache, daß feuchte Zuckerkristalle, die mit hoher Geschwindigkeit auf eine feste Wand prallen, zusammenbacken und Klumpen bilden, so konzipiert ist, daß der Aufprall der Zuckerkristalle auf eine feste Wand verhindert wird. Zu diesem Zweck ist der Abwurfflansch der bekannten Zentrifuge von einem rohrförmigen Auffangring umgeben, der einen Kreisquerschnitt aufweist und der innen mit einem Schlitz versehen ist, durch den der radial verbreiterte Abwurfflansch wenigstens teilweise in das Innere des Auffangflansches hineinragt. In diesen Auffangring wird auf unterschiedliche Weise Flüssigkeit eingespeist, so daß ein Flüsigkeitsbad entsteht, welches unter dem Einfluß der Luftreibung des radial verbreiterten Abwurfflansches mit langsamerer Geschwindigkeit als die Schleudertrommel rotiert. In dem rotierenden Flüssigkeitsbad werden die mit hoher Geschwindigkeit vom Abwurfflansch abgeschleuderten Zuckerkristalle weich aufgefangen. Wenn das Bad aus Lösungsflüssigkeit besteht, werden aufgrund der Rotation des Bades Misch- und Lösungsvorgänge eingeleitet. Das in dem Auffangring befindliche Gut wird kontinuierlich in solcher Menge abgezogen, daß die Flüssigkeitszufuhr das Bad aufrechterhält.

Das Auflösen von Zuckerkristallen erfordert eine bestimmte Zeit, die unter sonst gleichen Bedingungen um so länger ist je größer die zu lösenden Kristalle sind und je höher bereits die Zuckerkonzentration im Lösungsmedium ist. Besonders intensives Rühren kann diese Zeit verkürzen. Bei zu hoher Rotationsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsbades würden jedoch die eingetragenen Zuckerkristalle infolge der Zentrifugalwirkung am äußeren Bereich des Auffangringes sedimentieren. Andererseits muß man den Rühreffekt nutzen. Deshalb wird die Rotationsgeschwindigkeit des Bades nur so hoch, wie es ohne Sedimentationserscheinungen möglich ist, eingestellt. Das hat aber wiederum zur Folge, daß sich eine relativ lange Lösungszeit für die Kristalle ergibt. Wenn zur Erhöhung der Konzentration der Lösung ein Teil der abgezogenen Flüssigkeit wieder in den Auffangring zurückgeführt wird, so wird hierdurch die Verweilzeit der Flüssigkeit in dem Auffangring entsprechend erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Zentrifuge so auszubilden, daß bei geringen Verweilzeiten der Zuckerkristalle und der Auflöseflüssigkeit in dem Auffangring aus der Zentrifuge kristallfreie, hochkonzentrierte Zuckerlösung abgezogen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches genannte Ausbildung der Zentrifuge gelöst.

Das Zeitproblem zum Lösen der Zuckerkristalle wird bei der Zentrifuge nach der Erfindung zum einen dadurch überwunden, daß die Kristalle unter Ausnutzung der ihnen beim Verlassen der Schleudertrommel innewohnenden kinetischen Energie einer Prallzerkleinerung unterzogen werden. Dieser Vorgang ist einem mechanischen Mahlprozeß vergleichbar, bei dem die Zuckerkristalle in feinste Zuckerpartikel zerkleinert werden. Solche Zuckerpartikel sind sehr schnell lösbar.

Außerdem werden weitere Maßnahmen zur Optimierung des Lösungsvorganges wirksam. Dadurch, daß die Düsen, aus denen die Lösungsflüssigkeit austritt, etwa senkrecht gegen den Abwurfflansch gerichtet sind, werden die meisten Kristalle mindestens einmal mit hoher Geschwindigkeit quer durch Tropfen der Lösungsflüssigkeit hindurchgetrieben. Bei derartig hohen Relativgeschwindigkeiten wird Zucker von der Kristalloberfläche durch Kavitation abgetragen. Damit setzt der Prozeß des Lösens und der Zerkleinerung der Kristalle bereits am Abwurfflansch ein. Lösungsflüssigkeit, die zum Teil schon infolge des Kontaktes mit Zuckerkristallen mit Zucker angereichert auf den Abwurfflansch auftrifft, wird von diesem in die gleiche Zone abgeschleudert, in der auch die Zuckerkristalle auftreffen und zerkleinert werden. Neugebildete Zuckeroberflächen kommen daher sofort mit Lösungsflüssigkeit in Berührung.

Die Zerkleinerung findet an dem Auffangring statt, dessen Krümmung nach Art eines nach unten geöffneten Korbbodens verläuft, wobei der obere schwach gekrümmte Teil auf Höhe des Abwurfflansches liegt. So werden mehrere Wirkungen erzielt. Die Kristalle treffen im schwach gekrümmten und schwach zu ihrer Flugbahn geneigten Bereich des Korbbodens auf und erhalten so nach dem Auftreffen eine zur Neigung des Auffangringes im Auftreffbereich parallelverlaufende Bewegungsrichtung. Damit wird das beim Auftreffen von Zuckerkristallen auf eine feste Wand bisher unvermeidliche Anbacken und Verklumpen vermieden; es tritt ein Sandstrahleffekt ein, der die Korbbodenoberfläche ständig sauberhält. Wenn die Kristallsplitter, die nach dem ersten Aufprall von Kristallen auf die Oberfläche des korbbodenartigen Auffangringes entstehen, parallel zur Oberfläche eines Auffangringes gleichbleibender Neigung weitergleiten würden, dann würde keine weitere mechanische Zerkleinerung stattfinden, weil eine gegen den Auffangring gerichtete Bewegungskomponente fehlt. Erfindungsgemäß hat der Auffangring jedoch eine Korbbodenform. Infolgedessen weist seine Oberfläche in Bewegungsrichtung der Kristalle eine ständig zunehmende Krümmung auf, so daß die Kristallsplitter und -teilchen ständig gegen die Oberfläche des Auffangringes gedrückt und dabei zerkleinert, gewissermaßen zermahlen werden, ohne daß Zuckerteilchen anbacken oder verklumpen können. Die Auflöseflüssigkeit bzw. Zuckerlösung folgt dem Weg der Kristallteilchen auf der Oberfläche des Auffangringes in Form eines dünnen Films. Dem unteren, im wesentlichen lotrecht verlaufenden Ende des korbbodenartigen Auffangringes steht mit geringem axialem Abstand ein Zwischenboden gegenüber, der außerhalb des Auffangringes eine aufrechtstehende, ringförmige Stauwand trägt. Dadurch wird die am unteren Ende des Auffangringes ankommende Zuckerlösung angestaut und unter dem Einfluß des innerhalb des Auffangringes bei einer Zentrifuge betriebsbedingt herrschenden Luftüberdruckes durch den Spalt getrieben, der zwischen dem Auffangring und dem Zwischenboden besteht. Dabei treten etwa noch vereinzelt vorhandene Kristallpartikelchen endgültig in Lösung, und es wird eine Homogenisierung der Lösung erreicht.

Mit den Maßnahmen nach der Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, Kristallzucker, der in einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge erschleudert wird, innerhalb weniger Sekunden innerhalb der Zentrifuge wieder aufzulösen und dabei Zuckerlösungen hoher Konzentration zu erzeugen, die ohne nachgeschaltete Lösungsmaßnahmen oder Maßnahmen zur Erhöhung der Konzentration auf verschiedenste Art weiterverarbeitet werden können.

Für sehr viele industrielle Verwendungszwecke wird Flüssigzucker hoher Reinheit benötigt. Zur Verhinderung des Kristallisierens wird dieser Zucker in Invertzucker verwandelt. Zuvor muß jedoch auf dem Wege der Kristallisation und Wiederauflösung und Filtration erst Zuckerlösung geschaffen werden. Wegen der extrem hohen Reinheitsanforderungen war bisher ausschließlich der Einsatz periodisch arbeitender Zentrifugen die Gewähr dafür, daß man Zucker der erforderlichen Reinheit erhielt.

Es kann aber auch in der kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge durch intensives Decken bereits eine hohe Reinheit erzielt werden. Die bei dieser Arbeitsweise aus der Zentrifuge ausgetragene Zuckerlösung braucht dann nach dem Filtrieren lediglich noch der Invertbehandlung unterzogen zu werden, um als Flüssigzucker verwendbar zu sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine im Maßstab vergrößerte Einzelheit der Zentrifuge nach Fig. 1, wobei die für die Auflösung des Zuckers maßgebenden Vorgänge schematisiert angedeutet sind.

Die Fig. 1 zeigt eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge 1, bei der eine konische, nach oben offene Schleudertrommel 3 um eine lotrecht verlaufende Drehachse 2 rotiert. Zum Antrieb dient ein Antriebsmotor 4. Die Schleudertrommel 3 ist auf der Innenseite in üblicher Weise mit einem Sieb 5 ausgerüstet. Die Schleudertrommel 3 weist am oberen Ende einen Abwurfflansch 6 auf.

Im Zentrum der Schleudertrommel 3 befindet sich eine Beschleunigungs- und Aufbereitungseinrichtung 7, in die hinein sich eine Einspeiseeinrichtung 8 erstreckt, welcher Füllmasse 9 aus einem Dosierschieber 10 in wählbarer Menge zugeführt wird. Die Füllmasse wird beim Passieren des Siebes 5 von der flüssigen Phase befreit und über den Abwurfflansch 6 abgeworfen. Düsenrohre 11, die an geeignete - nicht gezeigte - Speiseleitungen angeschlossen sind, dienen dazu, den auf dem Sieb 5 in Richtung zum oberen Rand des Abwurfflansches 6 gleitenden Zucker mit Wasser oder Dampf zu beaufschlagen.

Die aus der Füllmasse abgetrennte flüssige Phase wird in einem Auffangraum 12 aufgefangen und abgeleitet. Dieser Auffangraum 12 wird durch ein die Schleudertrommel 3 umgebendes Gehäuse 13 definiert.

Um mit der in vorstehender Weise ausgebildeten, kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge den über den Abwurfflansch 6 abgeworfenen Zucker noch in der Zentrifuge selbst wieder auflösen zu können, sind folgende Vorkehrungen getroffen:

In einem gewissen axialen Abstand oberhalb des Abwurfflansches 6 befindet sich ein kreisringförmig ausgebildetes Rohr 14, welches über eine Speiseleitung 15 sowie ein Dosierventil einer Dosiereinrichtung 16 an eine Zuführleitung 17 für Auflöseflüssigkeit angeschlossen ist. In geringem radialen Abstand vom Rohr 14 erstreckt sich der innere Rand eines Auffangringes 18, der nach Art eines Korbbodens gekrümmt ist und infolgedessen in Höhe des Abwurfflansches 6 der Schleudertrommel 3 dem über den Abwurfflansch 6 abgeworfenen Zucker eine Schrägfläche darbietet. Das unterer Ende des Auffangringes 18 verläuft lotrecht. Es endet unter Belassung eines schmalen Durchtrittsschlitzes 19 oberhalb eines Zwischenbodens 20, der waagerecht innerhalb eines Außenmantels 21 der Zentrifuge und des Gehäuses 13 verläuft. In einem gewissen radialen Abstand außerhalb des Auffangringes 18 ist auf dem Zwischenboden 20 eine ringförmige Stauwand 22 angeordnet, deren obere Kante in einer bestimmten Höhe oberhalb des Durchtrittsschlitzes 19 verläuft.

In dem Zwischenboden 20 ist eine Austrittsöffnung für Zuckerlösung vorgesehen, an die sich ein Ableitrohr 23 anschließt. Durch dieses Ableitrohr 23 wird die Zuckerlösung aus der Zentrifuge 1 ausgetragen.

Die beschriebene Zentrifuge arbeitet wie folgt:

Die aus dem Dosierschieber 10 mit möglichst konstanter Temperatur in dosierter Menge durch die Einspeiseeinrichtung 8 fließende Füllmasse 9 wird nach Passieren der Beschleunigungseinrichtung 7 in der Schleudertrommel 3 in eine feste Phase, den Zucker, und eine flüssige Phase in den Ablauf getrennt. Der Zucker wird gegebenenfalls durch Wasser oder Dampf gedeckt und tritt über den Abwurfflansch 6 aus. Das ringförmige Rohr 14 weist Austrittslöcher oder Düsen 30 auf, durch welche Auflöseflüssigkeit mit geeigneter Temperatur unter Druck und durch die Dosiereinrichtung 16 auch in geregelter Menge etwa im rechten Winkel zur Flugrichtung auf die Zuckerkristalle aufgesprüht wird. In Fig. 2 deuten Pfeile 31 die Flugrichtung der Zuckerkristalle an, während Pfeile 32 die Richtung der Strahlen der Auflöseflüssigkeit angeben. Bei der Darstellung in Fig. 2 ist zu berücksichtigen, daß es sich um einen Axialschnitt handelt, so daß die dargestellten Richtungen noch durch eine senkrecht zur Zeichnungsebene gerichtete Bewegungskomponente, die durch die Rotation der Schleudertrommel 3 erzeugt wird, zu ergänzen wäre.

Die Zuckerkristalle, die in Richtung der Pfeile 31 abgeworfen werden, und die Flüssigkeitsstrahlen, die in Richtung der Pfeile 32 ausgestoßen werden, treffen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit, wobei sich sehr große kinetische Energien auswirken. Es entsteht in dem vom Auffangring 18 umschlossenen Raum unter Mitwirkung der sehr heftigen turbulenten Luftströmung, die von der Rotation der Schleudertrommel 3 verursacht wird, ein dichter Flüssigkeitsnebel 33, in dem sich, wie in der Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist, zusätzlich sehr heftige Turbulenzen und Wirbel bilden. Bereits beim ersten Kontakt der Auflöseflüssigkeit mit den Zuckerkristallen findet ein sehr heftiger Stoffaustausch statt, der einen sofortigen intensiven Start des Lösungsvorganges bewirkt. Auf dem Weg in Richtung der Pfeile 31 werden die Zuckerkristalle erneut durch dichtes, feinverteiltes, flüssiges Medium, nämnlich die Auflöseflüssigkeit, hindurchgeschleudert, so daß wiederum ein intensiver Flüssigkeitsaustausch stattfindet, der die Lösung weiterfördert. Die Zuckerkristalle treffen dann auf den Auffangring 18 auf und werden infolge der innewohnenden Energie in etwa der durch die Pfeile 34 angedeuteten Weise teils in Drehrichtung, teils in Richtung auf das untere Ende des Auffangringes bewegt. Dabei wirken sich hohe mechanische Kräfte aus, die teilweise zu einer mechanischen Zerkleinerung der einzelnen Zuckerkristalle führen, aber zusätzlich auch einen intensiven Misch- und Rühreffekt auf die Auflöseflüssigkeit ausüben, die die Kristalle auf diesem Wege begleitet. Eine zusätzliche Einwirkung auf die Flüssigkeit und die wandernden Kristalle üben die Turbulenzen und Wirbel des Flüssigkeitsnebels 33 aus. Am unteren Ende des Auffangringes 18 sind kaum noch Zuckerkristalle vorhanden, sondern es liegt fast nur noch Zuckerlösung vor. Diese Zuckerlösung mit gewissen Restkristallen bildet am unteren Ende des Auffangringes 18 vor dem schmalen Durchtrittschlitz 19 einen Flüssigkeitsstau 35. Da der Innenraum der Schleudertrommel 3 über die Einspeiseeinrichtung 8 mit Dampf beaufschlagt wird, und da die hohen Drehzahlen der Schleudertrommel 3 einen Ventilationseffekt verursachen, wird der Flüssigkeitsstau 35 unter Einfluß eines etwa in Richtung der Pfeile 36 in Fig. 2 wirkenden Druck- bzw. Strömungseffektes von Flüssigkeitsnebel und Luft durch den Durchtrittsschlitz 19 getrieben. Es tritt dabei ein von Flüssigkeitsnebeln intensiv durchströmtes Flüssigkeits-, Luft- oder Feuchtigkeitsgemisch etwa in Richtung des Pfeiles 137 in Fig. 2 durch den Durchtrittsschlitz 19 und über die Stauwand 22 hinweg. Diese letzte mechanische Einwirkung auf die inzwischen geschaffene Zuckerlösung bringt auch die letzten noch vorhandenen Kristallreste zur völligen Lösung, so daß durch das Ableitrohr 23 reine, vollständig gelöste Zuckerlösung abfließt. Versuche haben ergeben, daß sehr hohe Zuckerkonzentrationen in die Größenordnung von 60 bis 70 Brix oder mehr erzielt werden können.

Es kann in der Praxis passieren, daß infolge des Versagens von Pumpen oder dergleichen plötzlich der Zufluß von Auflöseflüssigkeit ausfällt. In der Praxis hätte das innerhalb kurzer Zeit ein totales Verstopfen und Blockieren der Zentrifuge 1 zur Folge. Aus diesem Grunde ist in die Zuführleitung 17 ein Druckmesser 37 eingeschaltet und steuerungstechnisch mit einem Magnetventil 38 verbunden, welches eine weitere Speiseleitung 39 für die Zufuhr von Auflöseflüssigkeit zuzuschalten vermag, falls der Druck in der Zuführleitung 17 plötzlich abfällt. Ein Rückschlagventil 40 verhindert in dieser Situation, daß die ersatzweise zugeführte Auflöseflüssigkeit in die falsche Richtung abfließt.

Im Normalfall kann für den Auflösevorgang als Auflöseflüssigkeit Dünnsaft verwendet werden. Es kann aber auch mit Kondensat oder entsprechend aufbereitetem Wasser oder aber auch mit geeigneten Dicksäften gearbeitet werden.

Claims (1)

1. Kontinuierlich arbeitende Zentrifuge zum Abschleudern und Wiederauflösen von Zucker, die eine konische, innen mit einem Siebbelag ausgerüstete Schleudertrommel aufweist, welche um eine lotrecht verlaufende Achse rotierend angetrieben ist und an ihrem oberen Ende einen achsnormal ausgerichteten Abwurfflansch für den Übertritt der Zuckerkristalle aufweist, oberhalb dessen in axialem Abstand ein kreisförmiger Rohrring mit zumindest teilweise gegen den Abwurfflansch gerichteten Düsen zum Beaufschlagen des aus der Schleudertrommel austretenden Zuckers mit Auflöseflüssigkeit angeordnet ist, und der von einem feststehenden Auffangring mit gerkümmtem Profil umgeben ist, dessen konkave Seite zum Abwurfflansch hin weist, und wobei dem Auffangring Mittel zum Anstauen des erzeugten Produkts zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (30) etwa senkrecht gegen den Abwurfflansch (6) gerichtet sind, daß die Krümmung des Auffangringes (18) nach Art eines nach unten geöffneten Korbbodens verläuft und mit ihrem oberen, schwach gekrümmten Teil auf Höhe des Abwurfflansches (6) liegt, und daß in einem geringen axialen Abstand zum unteren Rand des Auffangringes (18) ein achsnormaler Zwischenboden (20) vorgesehen ist, auf den radial außerhalb des Auffangringes eine aufrechtstehende ringförmige Stauwand (22) aufgesetzt ist, deren Oberkante oberhalb der Unterkante des Auffangringes verläuft.