DE2560226C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Konzentration von in einer Auflösezentrifuge erzeugter Zuckerlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verehren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der DE-OS 25 50 496 sind ein Verfahren und eine Zentrifuge offenbart, welche ein kontinuierliches Erschleudern von Zucker aus Füllmasse und zugleich ein vollständiges Wiederauflösen in der Zentrifuge ermöglichen. Die besondere Bedeutung dieses Verfahrens und dieser Zentrifuge liegt darin, daß kontinuierlich kristallfreie Zuckerlösungen von hoher Konzentration im Bereich zwischen 60 bis 70° Brix und gegebenenfalls höher erzeugt werden können. Ideal wäre es, wenn bei dem genannten Verfahren bzw. der genannten Zentrifuge die Möglichkeit bestünde, eine bestimmte Zuckerkonzentration zu wählen und durch regeltechnische Maßnahmen dafür zu sorgen, daß Zuckerlösung mit der gewählten konstanten Konzentration produziert wird.

Das ist bisher in der Praxis nicht möglich. Einflußgrößen, die bei einer im Betrieb sich selbst überlassenen Auflösezentrifuge zu Veränderungen der Zuckerkonzentration der produzierten Zuckerlösung führen können, gibt es in einer Zuckerfabrik genug. Als Beispiel seien Schwankungen im Energienetz genannt, die zu Schwankungen der Förderleistung von Pumpen führen können. Die meisten Zuckerfabriken erkochen die Füllmassen für die Zentrifugen chargenweise; daraus resultieren entsprechende Verweilzeiten dieser Füllmassen in Gefäßen, aus denen die Zentrifugen gespeist werden. Aus diesen Gefäßen fließt die Füllmasse in der Regel ausschließlich unter Schwerkrafteinfluß, d. h. der jeweilige Füllungsgra.d bestimmt die Fließ- bzw. Zulaufgeschwindigkeit der Füllmasse zur Zentrifuge. Während der Aufenthaltszeit der Füllmasse im Gefäß kann sich aber auch die Viskosität ändern. Meist erhöht sich die Viskosität, so daß die infolge abnehmenden Füllungsgrades des Gefäßes sowieso sinkende Fließbzw, Zulaufgeschwindigkeit der Füllmasse ;mr Zentrifuge zusätzlich auch noch durch die eventuell anteigende Viskosität reduziert werden kann. Dadurch würde die genannte Auflösezentrifuge Zuckerlösung mit entsprechend abnehmender Konzentration liefern. Denn mit abnehmender Menge zugeführter Füllmasse verringert sich auch die in den Auflöseteil eingebrachte Zuckermenge, während die zugeführte Menge der Auflöseflüssigkeit konstant bleibt

Es wäre an sich naheliegend, die Zuckerkonzentration der von der Auflösezentrifuge produzierten Zuckerlösung kontinuierlich zu messen und durch entsprechende Regel- und Stellglieder dafür zu sorgen, daß die Menge der zugeführten Auflöseflüssigkeit verringert wird, wenn die Konzentration der Zuckerlösung sinkt, und umgekehrt

Zur Bestimmung der Zuckerkonzentration sind die Polarimetermessung, die Refraktometermessung und die Spindelmessung bekannt

Die Spindelmessung scheidet aus, weil sie keine kontinuierliche Durchfiußmessung erlaubt

Die Refraktometermessung und die Polarimetermessung können zwar für Durchflußmessungen verwendet werden, die Kosten solcher Meßeinrichtungen sind jedoch so extrem hoch im Vergleich zum Preis einer Auflösezentrifuge, daß deren Anwendung nicht in Betracht kommt Außerdem erfordern beide Meßverfahren, daß Licht durch die Zuckerlösung hindurchtritt, denn die jeweilige Beeinflussung des Lichtstrahles ist ein Maß für die Zucterkonzentration. Unmittelbar bei ihrem Austritt aus Zentrifugen sind Flüssigkeiten jedoch niemals frei von Luftblasen, weil die Luftturbulenzen innerhalb der Zentrifugen Luft in die Flüssigkeiten einbringen. Luftblasen in Zuckerlösungen machen Konzentrationsbestimmungen durch Polarimeter- oder Refraktometermessungen ungenau bzw. unmöglich. Man könnte zwar Zusatzeinrichtungen verwenden, um diese Lufteinschlüsse zu entfernen. Der an sich schon unvertretbar hohe Preis dieser Meßeinrichtungen würde dadurch jedoch noch weiter erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einfachen Mitteln und bei geringem Kostenaufwand zuverlässig und mit der erforderlichen Genauigkeit arbeitendes Verfahren zum Regeln der Konzentration von in einer Auflösezentrifuge erzeugter Zuckerlösung sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Auflösezentrifuge zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch

so ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. eine Auflösezentrifuge nach Patentanspruch 2.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß nicht, WtU an sich naheliegend, die Konzentration der produzierten Zuckerlösung, sondern statt dessen deren Temperatur sehr fein gemessen wird und aus dem Abweichen dieser Temperatur von einem vorherbestimmten Sollwert Steuersignale zur Dosierung der Auflöseflüssigkeit und/oder Füllmasse abgeleitet werden derart, daß die Konzentration der Zuckerlösung auf dem vorhergewählten Wert konstant gehalten wird.

Bekanntlich ergibt sich eine vorherbestimmbare Mitteltemperatur, wenn man zwei Medien, die unterschiedliche Temperaturen haben, mischt. Dabei liegt die Mitteltemperatur umso näher an der des Mediums mit der höheren Temperatur, je geringer die Menge des an der Mischung beteiligten Mediums mit der niedrigeren Temperatur ist und umgekehrt.

Erfindungsgemäß bilden der in der Auflösezentrifuge

erschleuderte Zucker und die Auflöseflössigkeit die beiden, auf unterschiedliche Temperaturen befindlichen Medien, Da zum Erzielen hoher Zuckerkonzentrationen der Zuckerlösung möglichst hohe Temperaturen vorteilhaft sind, bildet die Auflöseflüssigkeit zweckmäßigerweise das Medium mit der höheren Temperatur, Bringt man Zucker und Auflöseflüssigkeit in der eingangs erwähnten Auflösezentrifuge zusammen, so erhält man eine Zuckerlösung, deren Temperatur niedriger ist ah sie bei reiner Mischung nach den Mengenverhältnissen von Zucker und Auflöseflüssigkeit sein müßte, denn es wird Lösungswärme verbraucht Der Verbrauch an Lösungswärme und die damit eintretende Absenkung der Temperatur der Zuckerlösung folgen jedoch physikalischen Gesetzen, is so daß die Temperatur der Zuckerlösung als Maßgröße für die Mengenanteile der zusammengeführten Medien Zucker und Auflöseflüssigkeit gelten kann. Da das Mengenverhältnis von zusammengebrachtem Zucker und Auflöseflüssigkeit zugleich auch den Zuckeranteil in der produzierten Lösung definiert, stellt die unter den genannten Voraussetzungen gemessene Temperatur der produzierten Zuckerlösung eine Größe dar, welche der Zuckerkonzentration der Zuckerlösung proportional ist

Temperaturen lassen sich sehr einfach mit hoher Genauigkeit und vor allen Dingen mit preiswerten Geräten messen. Wenn in der aus der Auflösezentrifuge austretenden Zuckerlösung Luftblasen enthalten sind, so stört das weder den Meßvorgang noch das Meßergebnis, denn die Luft in den Blasen hat die gleiche Temperatur wie die Zuckerlösung.

Sinkt beispielsweise beim Betrieb einer Auflösezentrifuge der Kristallanteil in der zugeführten Füllmasse, so wird weniger Zucker in den Auflöseteil abgegeben. Dadurch steigt sofort die Temperatur der prodzierten Lösung, denn die auf höherer Temperatur befindliche Auflöseflüssigkeit wird noch mit gleicher Menge zugeführt und ohne Gegenmaßnahmen würde die Zuckerkonzentration der Zuckerlösung sinken. Das Ansteigen der Temperatur der Zuckerlösung wird jedoch gemessen und über einen Regler zur Erzeugung eines Steuersignales verwendet, welches die Zufuhr von Auflöseflüssigkeit drosselt bis wieder Solltemperatur und damit Sollkonzentration herrscht

Eine Verringerung der Füllmassezulaufmenge führt zum gleichen Vorgang. Absinkende Temperaturen der produzierten Zuckerlösung sind unter den genannten Bedingungen ein Zeichen für ein unerwünschtes Ansteigen der Zuckerkonzentration und haben eine Steigerung der Zufuhr von Auflöseflüssigkeit zur Folge.

Es wäre natürlich auch denkbar, den Dosierschieber für den Füllmassezulauf anzusteuern, jedoch ist diese Maßnahme nur zweckmäßig, wenn dadurch keine nennenswerte Verminderung der Durchsatzleistung der Auflösezentrifuge verursacht wird. Es können aber auch beide Medien durch die Steuersignale dosiert werden.

Wenn es in Ausnahmefällen besonders schwierig ist, die Füllmassetemperatur konstant zu hai· en, so könnte in den Füllmassezulauf ein Temperaturfühler eingebaut werden, der den Regler, der entsprechend vorprogrammiert ist, verstellt. Denn unter solchen Bedingungen ergibt sich bei einer bestimmten Zuckerkonzentration eine andere, abhängig von der sich ändernden Füllmassetemperatur geänderte Solltemperatur der es Zuckerlösung.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens sowie der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Auflösezentrifuge wird nachfol· gend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zum besseren Verständnis wird dabei cc'e Auflösezentrifuge ausführlich dargestellt und erläutert

F i g, 1 zeigt eine Schnittansicht einer zur Durchführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens geeigneten kontinuierlich arbeitenden Auflösezentrifuge.

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

Die F i g. 1 zeigt eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge 1, bei der ein konischer, nach oben offener Schleuderkorb 3 um eine lotrecht verlaufende Drehachse 2 rotiert Zum Antrieb dient ein Antriebsmotor 4. Der Schleuderkorb 3 ist auf der Innenseite in üblicher Weise mit einem Sieb 5 ausgerüstet Der SchJeuderkorb 3 weist einen oberen Rand 6 auf.

Im Zentrum des Schleuderkorbes 3 befindet sich eine Beschleunigungs- und Aufbereitung? ^richtung 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 vnd über den Rand 6 abgeworfen. Düsenrohre 11, die an geeignete — nicht gezeigte — Speiseleitungen angeschlossen sind, dienen dazu, den auf dem Sieb 5 in Richtung zum oberen Rand 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 den Schleuderkorb 3 umgebendes Gehäuse 13 definiert

Um mit der in vorstehender Weise ausgebildeten, kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge den über den oberen Rand 6 des Schleuderkorbes 3 abgeworfenen Zucker noch in der Zentrifuge selbst wieder auflösen zu können, sind folgende Vorkehrungen getroffen: In einem gewissen axialen Abstand oberhalb des Randes 6 befindet sich ein kreisringförmig ausgebildetes Rohr 14, weL'hes über eine Speiseleitung 15 sowie ein Dosierventil 16 an eine Zuführleitung 17 für Auflöseflüssigkeit angeschlossen ist In geringem radialen Abstand vom Rohr 14 erstreckt sich der innere Rand eines Prallringes 18, der nach Art eines Korbbodens gekrümmt ist und infolgedessen in Höhe des oberen Randes 6 des Schleuderkorbes 3 dem über den Rand 6 abgeworfenen Zucker eine Schrägfläche darbietet Das untere Ende des Prallringes 18 verläuft lotrecht. Es endet unter Belassung eines schmalen Durchtrittsschlitzes 19 oberhalb einer Zwischenplatte 20, die waagerecht innerhalb eines Außenmantels 21 der Zentrifuge und des GehS'isns 13 verläuft In einem gewissen radialen Abstand außerhalb des Prallringes 18 ist auf der Zwischenplatte 20 eine ringförmige Staiiwand 22 angeordnet, deren obere Kante in einer bestimmten Höhe oberhalb des Durchtrittsschlitzes 19 verläuft

In der Zwischenplatte 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.

In das Ableitrohr 23 ragt ein Feinthermometer 24, welches über regeltechnische Verbindungen 25 mit einem Regler 26 in Verbindung steht, der seinerseits über regeltechnische Verbindungen 27 mit einem Stellglied 28 des Dosierschiebers 10 sowie mit einem Stellglied 29 der Dosiereinrichtung 16 in Verbindung

steht.

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 im Schleuderkorb 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 Rand 6 aus. Das ringförmige Rohr 14 weist Austrittslöiher oder Düsen 30 auf, durch welche Auflöseflüssigkeit mit geeigneter Temperatur unter Druck und durch die Dosiereinrichtung 16 auch in geregelter Menge im 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 dall die dargestellten Richtungen noch durch eine senkrecht zur Zeichnungsebene gerichtete Bewegungskomponente, die durch die Rotation des Schleuderkorbes 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 Prallring 18 umschlossenen Raum unter Mitwirkung der sehr heftigen turbulenten Luftströmung, die von der Rotation des Schleuderkorbes 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, nämlich die Auflöseflüssigkeit, hindurchgeschleudert, so daß wiederum ein intensiver Flüssigkeitsaustausch stattfindet, der die Lösung weiterfördert. Die Zuckerkristalle treffen dann auf den Prallring 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 Prallringes 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 Aufiöseflüssigkeit ausüben, die die Kristalle auf diesem Wege begleitet. Eine zusätzliche Einwirkung auf die Flüssigkeit und die wandernden Kristalle üben die Turbulenzen und Wirbel 33 aus. Am unteren Ende des Prallnnges 18 sind kaum noch Zuckerkristalle vorhanden, sondern es liegt fast nur noch Zuckerlösung vor. Diese Zuckerlösung mit gewissen Restkristallen bildet am unteren Ende des Prallnnges 18 vor dem schmalen Durchtrittsschlitz 19 einen Stau 35. Da der Innenraum des Schleuderkorbes 3 Ober die Einlaufeinrichtung 8 mit Dampf beaufschlagt wird und da die hohen Drehzahlen des Schleuderkorbes 3 einen Ventilationseffekt verursachen, wird der Flfissigkeitsstau 35 unter EmfluB 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 durch-, strömtes FlUssigkeits-, Luft- oder Feuchtigkeitsgemisch etwa in Richtung des Pfeiles 37 in F i g. 2 durch den Durchtrittsschlitz 19 und über das Stauwehr 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, vollständige gelöste Zuckerlösung abfließt. Versuche haben ergeben, daß sehr hohe Zuckerkonzentrationen in der Größenordnung von 60 bis 70 Brix oder mehr erzielt werden

ι können.

Zur Regelung der Dichte der Zuckerlösung ist das schon erwähnte Feinthermometer 24 vorgesehen. Bei der Dichteregelung wird von der Überlegung ausgegangen, daß die Temperatur der Zuckerlösung abhängig

, von der Temperatur und der Menge der zuflieUenden Füllmasse sowie abhängig von der Temperatur und Menge der zugeführten Auflöseflüssigkeit ist. Wenn man davon ausgeht, daß die Temperatur der Füllmasse niedriger liegt als die Temperatur der Auflöseflüssigkeit.

: -, so bedeutet ein Absinken der Temperatur der durch das Ableitrohr 23 fließenden Zuckerlösung, daß zuviel Füllmnsse bzw. zuwenig Auflöseflüssigkeit in die Zentrifuge eingeleitet wird. Demzufolge müßte die Dichte i>zw. der Brix ansteigen. Bei einem umgekehrten

<n Verhalten der Temperatur der abgeführten Z'ickerlösung würde die entgegengesetzte Situation eintreten. Man kann sich dies zunutze macnen. indem man über den schon erwähnten Regler 26 und die regeltechnischen Verbindungen 25, 27 Stellglieder 28 und 29

v- betätigt, um die Menge der Füllmasse und/oder die Menge der unter Druck zugeführten Auflöseflüssigkeit zu dosieren. Voraussetzung für die Funktion dieser Dichteregelung der produzierten Zuckerlösung sind konstante Temperaturen der Auflöseflüssigkeit bzw. der

4(i Füllmasse oder aber entsprechende zusätzliche Reglerfunktionen des Reglers 26. Sollten die Temperaturen der Füllmasse und der Aufiöseflüssigkeit Schwankungen unterliegen, so müßte diese gemessen und sinngemäß bei der Regelung berücksichtigt werden.

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

so Grunde ist in die Zuführleitung 17 ein Druckmesser 37 eingeschaltet und steuerungstechnisch mit pinem Magnetventil 38 verbunden, welches eine weitere Speiseleitung 39 für die Zufuhr von Aufiöseflüssigkeit zuzuschalten vermag, falls der Druck in der Speiselei tung 17 plötzlich abfällt Ein Rückschlagventil 40 verhindert in dieser Situation, daß die ersatzweise zugeführte Aufiöseflüssigkeit in die falsche Richtung abfließt

Im Normalfell kann für den Auflöse Vorgang als

Aufiöseflüssigkeit Dünnsaft verwendet werden. Es kann aber auch mit Kondensat oder entsprechend aufbereiteten Wasser oder aber auch mit geeigneten Dicksäften gearbeitet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnongen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   U Verfahren zur Regelung der Konzentration von in einer Auflösezentrifuge erzeugter Zuckerlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration bzw. Dichte der erzeugten Zuckerlösung auf einem vorbestimmten, vorzugsweise hohen Wert durch Regelung konstant gehalten wird, in dem die Temperatur der Lösung gemessen wird und Abweichungen von einem bestimmten Sollwert als Steuerungssignale zur Veränderung der pro Zeiteinheit zugeführten Mengen der Füllmasse und der Auflöseflüssigkeit verwendet werden, wobei die Temperatur der Füllmasse und/oder der Auflöseflüssigkeit auf konstanten, jedoch wenigstens geringfügig voneinander abweichenden Werten gehalten werden.
2. 2. Auflösezentrifuge zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der in einem Gehäuse eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge mit einer Einspeiseeinrichtung für Füllmasse sowie eine Aufiöseeinrichtung mit einer Speiseleitung für Auflöseflüssigkeit und ein Ableitrohr für Zuckerlösung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ableitrohr (23) ein Feinthermometer (24) angeordnet und regeltechnisch mit Dosiereinrichtungen (10, 28, 16, 29) im Füllirassezulauf sowie in der Speiseleitung (15, 17) für Auflöseflüssigkeit zur Konstanthaltung einer bestimmten hohen Konzentration bzw. Dichte der Zuckerlösung verbunden ist.