DE2747443A1

DE2747443A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines an protein reichen produktes und eines an staerke reichen produktes aus der muehlenstaerkenfraktion aus einem mais-nassmahlverfahren

Info

Publication number: DE2747443A1
Application number: DE19772747443
Authority: DE
Inventors: Vincent Paul Chwalek; Clifford William Schwartz
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1978-04-27
Also published as: ES463416A1; JPS6253521B2; NL7711574A; AU2994577A; CA1075204A; HU177079B; FR2393067A1; AU513238B2; JPS5386048A; ES468551A1; PH13476A; IT1088803B; GB1541182A; BE859954A; FR2393067B1; US4144087A

Description

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MÜLLER-BORE · DEUI¹EIi · SGHÖiBT-

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PATENTANWÄLTE

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□Ft. Wolfgang müller-bor£

(PATENTANWALT VON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DB. ALFRED SCHÖN, DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

C 3019

Anmelder: CPC INTERNATIONAL INC.

International Plaza, Englewood Cliffs,
New Jersey / USA

t Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines an Protein j

\ reichen Produktes und eines an Stärke reichen Produktes aus j

der Mühlenstärkenfraktion aus einem Mais-Naßmahlverfahren j

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S ΛϊΙίΝΌΙΙΕΪΓ Se · SIBBERTSTR. 4 · POSTFACH 860720 · KAB£L: IIUIBOPAT - TEi. f089) 47JiO 05 - TELEX 3-24283

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Vorrichtung und' Verfahren zur Herstellung eines an Protein reichen Produktes und eines an Stärke reichen Produktes aus der Mühlenstärkenfraktion eines Mais-Waßmahlverfahrens

Die Erfindung "betrifft ein System, speziell eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Auftrennung der Mühlenstärkenfraktion eines Mais-Naßmahlverfahrens in ein an Protein reiches Produkt und ein an Stärke reiches Produkt.

Es sind "bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Auftrennung der Mühlenstärkenfraktion eines Mais-NaßmahlVerfahrens in ihre hauptsächlichen Protein- und Star— kekomponenten ausprobiert worden, um die Gewinnung dieser Komponenten sowohl wirtschaftlich zu machen als auch sie in einer kommerziell akzeptablen Qualität zu erhalten.

Bei den dabei angewendeten Verfahren und Vorrichtungen wird zuerst die Mühlenstärkenfraktion eingeengt und dann wird sie unter Verwendung von mechanischen Zentrifugenabscheidern, z. B. solchen, wie sie im Handel unter dem Warenzeichen "Merco" (der Firma Dorr-Oliver Corporation, Stamford, Conn./üSA) erhältlich sind und allgemein als 'Merco-Zentrifugen" bezeichnet werden, mehreren Trennstufen unterworfen. Dieser Versuch war jedoch nicht völlig zufriedenstellend, da diese Zentrifugenabscheider verhältnismäßig groß sind, hohe Kapitalkosten erfordern, eine beachtliche Ausfallzeit für die Wartung und einen beachtlichen Arbeitsaufwand für die Einstellung erfordern, einen verhältnismäßig hohen Energiebedarf haben und am wirtschaftlichsten mit Materialien arbeiten, die höhere

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Dichten und demzufolge auch höhere Gehalte an Trockensubstanz aufweisen als die Materialien, wie sie normalerweise aus dem Mühlenstärkenstrom erhalten werden.

Merco-Zentrifugenabscheider wurden auch bereits in Kombination mit Hydrocyclonen, z. B. solchen verwendet, wie sie im Handel unter dem Handelsnamen "DorrClone" (eingetragenes Warenzeichen der Firma Dorr-Oliver Corporation, Stamford, Conn.AfSA) erhältlich sind. Die Verwendung von Hydrocyclonen für diesen und andere Zwecke ist bereits bekannt. So ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2 689 810 die Verwendung von Hydrocyclonen zur Verbesserung der Stärke/Gluten-Trennung beschrieben und darin ist auch ein typischer Hydrocyclon beschrieben, während in den US-Patentschriften 3 029 Ί68 und 3 072 501 die Verwendung von Hydrocyclonen in einem Würz elstärkeisolierverf aJiren beschrieben ist; und in der US-Patentschrift 2 642 185 ist die Verwendung von Hydrocyclonen zur Trennung von Stärketeilchen verschiedener Größen beschrieben. Obgleich die Kombination von Zentrifugenabscheidern mit Hydrocyclonen eine Verbesserung gegenüber der Verwendung von Zentrifugenabscheidern allein darstellt, handelt es sich dabei immer noch um eine kapitalintensiveud '.verhältnismäßig kostspielige Arbeitsweise. *

Es wurde nun angenommen, daß diese Probleme überwunden werden könnten durch Verwendung eines Systems, das nur » Hydrocyclone enthält. Bei der Inbetriebnahme eines solchen Systems erhielt man ein an Protein reiches Produkt mit 63 f bis 64 % Protein, bezogen auf unlösliche trockene Fest- \ stoffe (IDSB), während der minimale kommerziell akzeptable Proteingehalt in dem an Protein reichen'Produkt im

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allgemeinen mit 67 % IDSB angesehen wird* Infolgedessen mußte das 63 bis 64 % IDSB-Protein-Produkt weiter-verarbeitet werden, tun ein kommerziell akzeptables Produkt zu erhalten. Praktisch die gleichen Ergebnisse wurden in Verbindung mit dem an Stärke reichen Produkt erhalten, das .,etwa 0,45 % unlösliche Protein-IDSB enthielt, während der im allgemeinen akzeptable Wert weniger »is ü,J° ^cf imlöslichem Protein-IDSB beträgt. Um kommerziell akzeptable, an Stärke reiche und an Protein reiche Produkte zu erhalten, mußten daher beide Produkte einer weiteren BöJafeaI2."wXg unterzogen werden, wodurch das System unattraktiv wird.

Mit diesen früheren Versuchen, in denen nur Hydrocyclone verwendet wurden, war es zwar möglich, eine Abtrennung entweder einer an Stärke reichen Fraktion oder einer an Gluten reichen Fraktion zu erzielen, es war Jedoch nicht möglich, die gleichzeitige Abtrennung beider Fraktionen zu erzielen, so daß sie den kommerziell akzeptablen Werten genügen. Insbesondere ist in der oben erwähnten US-Patentschrift 2 689 810 ein nur aus Eydrocyclonen bestehendes System beschrieben, wobei angegeben ist, daß dieses System zur gleichzeitigen Abtrennung sowohl einer an Stärke reichen Fraktion als auch einer an Gluten reichen Fraktion verwendet v/erden kann. Wan konnte annehmen, daß beide Fraktionen in kommerziell akzeptablen Gehalten erhalten wurden. Eine nähere Untersuchung dieser Patentschrift zeigt jedoch, daß sie keinerlei Lehren darüber enthält, wie viele Abtrennungsstufen angewendet werden, wie viele Hydrocyclone in den Abtrennungsstufen verwendet werden, ob die verwendeten Hydrocyclone eine verschiedene Größe haben können oder ob sie die gleiche Große haben müssen, ob die in dem System jeweils angewendeten Drucke oder die

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Druckdifferenzen oder "beide wichtig sind Tand ob die Konzentration der an Gluten (Protein) reichen Fraktion wichtig ist.

Nach den Angaben in der US-Patentschrift 2 689 810 wurde ein System, in dem nur Hydrocyclone verwendet wurden, zur Herstellung einer Stärke verwendet, die 0,28 "bis 0,32 % Protein enthielt (Spalte 7)> vooA einer Glutenfraktion, die 60 bis 70 % Protein enthielt (Spalte 8). Versuche, diese Produkte auf der Basis des Beispiels D dieser Patentschrift gleichzeitig zu erhalten, waren, erfolglos. In dem Beispiel D der TJS-Pat ent schrift 2 689 810 ist ein Glutenstrom mit einer Konzentration von 15 bis 20 g pro Liter (2,0 bis 2,6 Ounces/Gallon) unlöslicher Trockensubstanz angegeben. Es wurde jedoch gefunden, daß sowohl die GIutenkonzentration wie auch die in dem System angewendeten Drucke kritisch sind, wenn, kommerziell akzeptable Stärke— und Proteinprodukte gleichzeitig erhalten werden sollen.

Unter Anwendung des Systems und unter Anwendung der Bedingungen, wie sie in der US-Patentschrift 2 689 810 vorgeschlagen werden, ist es zwar möglich, entweder ein kommerziell akzeptables Stärkeprodukt oder ein kommerziell akzeptables Proteinprodukt herzustellen, es ist damit jedoch nicht möglich, gleichzeitig beide Produkte mit einer kommerziell akzeptablen Qualität herzustellen. Solange dieses Ziel nicht erreicht werden kann, ist ein solches System wirtschaftlich unattraktiv.

Es wurde nun gefunden, daß ein an Stärke reiches Produkt und ein an Protein reiches Produkt in einer kommerziell akzeptablen Qualität auf wirtschaftliche Weise gleichzeitig

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erhalten werden können durch VerwendTjng des erfindungsgemäßen Systems "bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dieses System bzw. diese Vorrichtung umfaßt im allgemeinen zwei Trennzonen, wobei in jeder dieser Trennzonen nur Hydrocyclone verwendet werden, die in einer Reihe von Trennstufen (Auftrennungs- bzw. Abtrennungsstufen) innerhalb jeder Zone angeordnet sind. Der Mühlenstärkenstrom einem Mais-Naßmahlverfahren wird in eine erste Trenneingeführt und dann wird er nacheinander unter Druck ■durch mindestens zwei Trennstufen geführt, wobei man aus der letzten dieser Stufen ein an Protein reiches Produkt erhält. In der ersten Trennstufe in der ersten Trennzone .wird ein mit Stärke angereicherter Strom abgetrennt. Die-'ser mit Stärke angereicherter Strom wird unter Druck nacheinander durch eine Vielzahl von Stärkewaschstufen geleistet, welche die zweite Trennzone umfaßt. Aus der letzten ;.Stärkewaschstufe wird ein an Stärke reiches Produkt gewonnen.

Die Gewinnung der an Protein reichen und der an Stärke reichen Produkte aus dem erfindungsgemäßen System bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfordert eine genaue Eontrolle der Betriebsbedingungen innerhalb des Systems (innerhalb der Vorrichtung) sowie des zu Beginn zugeführten Mühlenstärkenstromes.

Im allgemeinen enthält die Mühlenstärkenfraktion aus einem typischen Mais-Uaßmahlverf ahren etwa 6 bis etwa 8 % Protein, bezogen auf unlösliche Feststoffe, und sie hat im allgemeinen eine Temperatur von etwa 38 bis etwa 52°C (100 bis 125⁰F). Die Dichte des Mühlenstärkestromes, der !unlösliche Stärke und unlösliches Protein enthält, liegt

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in entsprechender Weise inn erhalt) des Bereiches von etwa 7,5 bis etwa 8,5° Be (bei 15,6⁰C (60⁰F)). Dementsprechend sollten die Gegenstromwaschwasserraten etwa 83,3 his etwa 121 1 (22 bis 32 Gallons) pro 45,A- kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, bei einer Mühlenstärkenstromdichte von etwa 7,5° Be (15,6°C (6O⁰F)) und etwa 102 bis etwa 121 1 (27 bis 32 Gallons) pro 4-5,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, bei einer Mühlen-

;''■ ßtärkenstromdichte von etwa 8,5° Be (15,6°C (60⁰F)) betragen. Obgleich diese Werte akzeptabel sind, ist eine MühlenstärkenstrOmdichte von etwa 8,0 +.0,2° Be (15,6°C (60⁰F)) bei Gegenstrom-Waschwasserraten von etwa 94,6 bis

, !etwa 121 1 (25 bis 32 Gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf Trockensubstanz, insbesondere 94,6 bis

, <1O2 1 (25 bis 27 Gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf Trockensubstanz, bevorzugt.

Der pH-Wert des Mühlenstärkenstromes ist ebenfalls wichtig. Der isoelektrische pH-Wert des Mühlenstärkenstromes beträgt in der Regel etwa 4,5, es wurde jedoch gefunden, daß dann, wenn der pH-Wert auf einen Wert auf jeder Seite dieses Punktes eingestellt wird, verbesserte Abtrennungsergebnisse erzielt werden. Deshalb sollte der pH-Wert des Mühlenstärkenstromes auf einen Wert zwischen etwa 3,0 und jetwa 6,0 eingestellt werden«

Es ist wichtig, die Temperatur, der die Ströme ausgesetzt sind, wenn sie das System bzw. die Vorrichtung passieren, zu kontrollieren (steuern). Im allgemeinen sollte eine Temperatur von mindestens etwa 32°0 (90°F) angewendet ■werden, um eine akzeptable Produktqualität zu erhalten. Natürlich darf diese Temperatur die Gelatinierungs-

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temperatur des Stärkematerials nicht übersteigen und sie sollte deshalb unterhalb etwa 63^c0 (145⁰F) gehalten werden. Vorzugsweise wird die {Temperatur innerhalb des Syübems (innerhalb der Vorrichtung) bei etwa 4-3 bis etwa 57°C (110 bis 135⁰I¹) gehalten.

Die Kontrolle des Druckes innerhalb des Systems (der Vorrichtung) ist ebenfalls wichtig, insbesondere in den -Trennstufen jeder der beiden {Drennzonen. Dies wird weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.

Wenn die Arbeitsbedingungen in geeigneter Weise kontrolliert (gesteuert) werden, erhält man bei Verwendung des erfindungsgemäßen Systems bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein an Protein reiches Produkt, das aus mindestens etwa 68 % IDSB-Protein besteht, und ein an Stärke reiches Produkt, das nicht mehr als etwa 0,38 % unlösliches Protein-IDSB enthält. Bei Anwendung von bevorzugten Arbeitsbedingungen erhält man ein an Protein reiches Produkt mit etwa 74- % Protein-IDSB und ein an Stärke reiches Produkt, das nicht mehr als etwa 0,3 % unlösliches Protein-IDSB enthält. Diese Produkteigenschaft en liegen weit !oberhalb der kommerziell akzeptablen minimalen Qualitätswerte und das erfindungsgemäße System bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung führt zu niedrigeren Kapital- und Betriebskosten.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bexlxegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen die verschiednen Figuren bevorzugte Ausführungsformen der

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Erfindung näher erläutern. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisch.es Fließdiagramm, welches die

Hauptbehandlungsstufen angibt, die in einem typisehen Mais-Naßmahl verfahr en angewendet werden;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht (in zerlegter Form) des in dem erfindungsgemäßen System bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Hydro-J§ cyclons;

Fig. 3 eine schematische ebene Draufsicht auf ein Gehäuse, das eine Vielzahl der Hydrocyclone gemäß Fig. 2 enthält; und

Fig. 4- ein schematisehes Fließdiagramm, welches die Arbeitsstufen des erfindungsgemäßen Systems bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.

V/ie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Mais in der Eegel einer Reihe von aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen unterworfen, um die verschiedenen Fraktionen voneinander zu trennen, und zu gewinnen. IT ach der Faserabtrennung erhält man einen "Mühlenstärkenstrom", der sowohl eine Stärkefraktion als auch eine Gluten- oder Proteinfraktion enthält. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf die Trennung bzw. Abtrennung dieser Stärke- und Proteinfraktionen von dem Mühlenstärkenstrom.

Wie weiter oben erwähnt, werden in dem erfindungsgemäßen System nur Hydrocyclone verwendet. Obgleich verschiedene Typen von Hydrocyclonen im Handel erhältlich sind, sind erfindungsgemäß diejenigen, die unter dem Handelsnamen "DorrClone" vertrieben werden, bevorzugt. Ein DorrClone-

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Hydro eye lon, der in dem erfindtmgsgemäßen System verwendet werden kann, ist in der Fig. 2 erläutert -und er besteht aus drei Grundelementen, einem Vortex-Element 10, einem konischen Element 11 und einem Apex-Element 12. Das Vortex-Element 10 enthält einen sich, konisch, verjüngenden iVort ex-Finder 13 ·, der darin vorgesehen ist und die allgemeine Form eines umgekehrten Eegels mit einer breiten obe-"ren Öffnung 14 und einer verengten unteren Öffnung an seinem Apex 15 aufweist.

Das konische Element 11 enthält einen zylindrischen oberen Abschnitt 16, einen umgekehrten, kegelförmigen zentralen Abschnitt 17 und einen zylindrischen unteren Abschnitt 18. Jeder dieser Abschnitte, d. h. die Abschnitte 16, 17 und 18, sind auf eine gemeinsame Ach.se ausgerichtet, wobei das untere Ende des zentralen konischen Abschnittes 17 in einer verengten Öffnung endet, deren Apex 17a sich in den zylindrischen unteren Abschnitt 18 erstreckt. Zwischen den Enden des zylindrischen Abschnittes 16 ist eine tangentia-Ie Beschickungseinlaßöffnung 19 vorgesehen, die sich in der Wand des konischen Elementes 11 befindet. Das Apex-Element 12 enthält eine zentrale Bohrung 20, die darin vorgesehen ist, die an jedem Ende, wie bei 21 und 22 angegeben, offen ist.

In jedem der Elemente 10, 11 und 12 sind Gewindeabschnitte, wie durch, die Bezugsziffern 23, 24, 25 und 26 angedeutet, vorgesehen, mit deren Hilfe diese Elemente beim Zusammenbau aneinander befestigt werden können. Im zusammengebauten Zustand haben der sich konisch verjüngende Vortex-Finder 13, der zylindrische obere Abschnitt 16, der konische Abschnitt 17, der zylindrische untere Abschnitt 18 und die

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zentrale Bohrung 20 eine gemeinsame axiale Ausrichtung, wodurch sie einen kontinuierlichen Durchgang dazwischen mit einer verengten Öffnung 15 äes sich konisch verjüngenden Vortex-Finders 13» der benachbart zu der Einlaßöffnung 19 angeordnet ist, bilden.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in den in der Fig. 2 dargestellten Hydrocyclon kontinuierlich der Mühlenstärkenstrom Ci¹Xg. 1), der die unlöslichen Stärke- und Proteinfraktionen enthält, die voneinander getrennt werden sollen, eingeführt. Der Strom wird tangential untor Druck durch die Einlaßöffnung 19 in den Hydrocyclon eingeführt, wonach der Strom beim Kontakt mit dem zylindrischen Abschnitt 16 sofort in eine schnelle Rotation versetzt wird. Diese schnelle und sofortige Rotation führt zur Entwicklung von Zentrifugalkräften, die schnell wesentlich größer als die Schwerkraft werden. Die Folge davon ist, daß diejenigen Teilchen in dem Mühlenstärkenstrom, die eine geringere Absetzgeschwindigkeit bzw. -rare haben, d. h. das Protein, in die verengte Öffnung' 1f? eintreten und durch den Vortex-Finder 13 wandern, bevor sie anschließend durch die breite obere Öffnung 14- des Vortex-Elementes 10 ausgetragen werden. Dieser Austrag der sich langsam setzenden Teilchen wird als "Überlauf" bezeichnet. Gleichzeitig wandern die Teilchen mit einer verhältnismäßig hohen Absetzgeschwindigkeit bzw. -rate, d. h. die Stärke, durch den konischen Abschnitt I7 als Folge der ständig auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte, und sie werden anschließend durch das offene Ende 22 des Apex-Elementes 12 ausgetragen. Dieser Austrag der sich schnell absetzenden Teilchen wird als "Ablauf" bezeichnet. Damit wird die Trennung dieser

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■unlöslichen, teilchenförmigen Materialien nur durch die in den Hydrocyclonen erzeugten hydraulischen Kräfte bewirkt und es sind keine beweglichen Teile daran beteiligt.

Wie bereits weiter oben angegeben, hängt ein erfolgreicher Betrieb des erfindungsgemäßen Systems von der geeigneten Steuerung bzw. Kontrolls bestimmter Parameter, naraxj-uju 1stpH-Wertes und der Dichte des Mühlenstärkenbeschickungs- ·■ stromes, der Gegenstrom-Waschwasserraten bzw. -geschwindigkeiten und der innerhalb des Systems angewendeten Iotuperatur und des angewendeten Druckes ab. Es wurde auch gefunden, daß ein weiterer Faktor, der zu den verwendeten Hydrocyclonen gehört, wichtig ist, nämlich der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 16 in dem konischen Element 11, der in der Fig. 2 durch "d" bezeichnet ist. Bei den kontrollierten Betriebsbedingungen in bezug auf pH-Wert, Dichte, Temperatur, Druck und Gegenstrom-Waschwasserraten, die in dem erfindungsgemäßen System angewendet werden, beträgt die Größe von "d" etwa 10 mm. Bei einem Innendurchmesser "d" dieser Hydrocyclone von etwa 10 mm beträgt der eingeschlossene Winkel des konischen Abschnittes 17, der durch "a" in der Fig. 2 bezeichnet ist, in der Regel etwa 5 his 7,5°·

Der hier verwendete Ausdruck "Hydrocyclon" steht für einen Hydrocyclon, wie er in Fig. 2 dargestellt und vorstehend beschrieben worden ist. Selbstverständlich können erfindungsgemäß aber auch Hydrocyclone mit anderen Durchmessern . ; "d" in dem zylindrischen Abschnitt 16 und/oder anderen konischen Winkeln "a" in dem konischen Abschnitt 17 verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Betriebsbedin- gungen des Systems in entsprechender Weise eingestellt

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werden.

Da die einzelnen Hydrocyclone eine begrenzte, verhältnismäßig geringe Durchflußkapazität haben, wird eine Vielzahl von Hydrocyclonen verwendet uad diese werden in jeder der verschiedenen Stufen, die das erfindungsgemäße System aufbauen, parallel angeordnet. Zweckmäßig werden diese Gruppen von Hydrocyclonen parallel in einem Gehäuse zusammengefaßt, wie es in der I¹Xg. 3 schematisch dargestellt ist.

In der Fig. 3 bezeichnet die Bezugszif.ier 30 ein Gehäuse, das an seinem einen Ende eine Beschickungsleitung 31 aufweist, durch welche der Mühlenstärkenstrom (Fig. 1) in eine Vielzahl von Hydrocyclonen 32 eingeführt wird, wobei selbstverständlich der Mühlenstärkenstrom durch die Einlaßöffnung 19 (Fig. 2) gleichzeitig in jeden Hydrocyclon eingeführt wird. Der durch die breite Öffnung 14 des Vortex-Elementes 10 (Fig. 2) jedes Hydrocyclons 32 ausgetragene Überlauf wird in eine Überlaufleitung 33 eingeführt und dann durch einen Überlauf auslaß 3^ aus dem Gehäuse 30 ausgetragen. In entsprechender Weise wird der durch die Bodenöffnung 22 des Apex-Elementes 12 (Fig. 2) jedes Hydrocyclons 32 ausgetragene Ablauf in eine Ablaufleitung 35 eingeführt und anschließend wird er durch einen Ablaufauslaß 36 aus dem Gehäuse 30 ausgetragen. Es ist für den Fachmann, ohne weiteres ersichtlich, daß die Durchflußrate bzw. -geschwindigkeit des Miihlenstärkenstromes durch das Gehäuse 30 variiert werden kann, wenn alle anderen Faktoren konstant gehalten werden, indem man die Anzahl der Hydrocycloneinheiten in jedem Gehäuse erhöht oder verringert. Eine typische Rohrleitung für Hydrocyclone ist in der US-Patentschrift 2 55Ο 341 beschrieben.

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Das erfindungsgemäße System bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung (nachfolgend stets als "System" bezeichnet) ist in der Fig. M- schematisch dargestellt, aus der zu ersehen ist, daß das System im Prinzip aus zwei Trennzonen Z-1 und Z-2 und einem Gegenstrom-Waschwasserstrom besteht, der benachbart zu dem Austragsende von Z-2, durch GC/WW bezeichnet , eingeführt wird. Die Trennstufen in jeder Trennzone umfassen eine Vielzahl von Gehäusen, welche die " S₂. -I ^;- ',oben beschriebenen Hydrocyclone enthalten.

^ 1 ,-. . Die erste Trennzone Z-1 ist die primäre Trennzone, aus der . I .. das an Protein reiche Produkt erhalten wird und welche die ■ beiden Trennstufen P/j und P₂ enthält. Der Mühlenstärkenstrom (MS) wird unter Druck in die erste Trennstufe P^ 'eingeführt. DerÜberlauf-Austragsstrom P^O aus der ersten Trennstufe P^ wird in die zweite Trennstufe P₂ im Kreis- -:_:lauf zurückgeführt und der Ablauf-Austragsstrom P₂U aus • - ,der zweiten Trennstufe P₂ wird mit dem ankommenden Mühlenstärkenstrom MS kombiniert für die Rezirkulierung durch ,,die erste Trennstufe P/,. Das an Protein reiche Produkt wird aus dem Öberiauf-Austragsstrom P₂O der zweiten Trennstufe P₂ erhalten. Bei dem Ablauf-Austragsstrom P^TJ handelt es sich um einen mit Stärke angereicherten Strom, der in die Stufen der zweiten Trennzone Z-2 eingeführt wird.

Die .zweite Trennzone Z-2 umfaßt eine Vielzahl von zusätzlichen Trennstufen, die nachfolgend als "Stärkewaschstufen" bezeichnet und durch W₁, W₂, W^, ... W_n identifiziert werden, wobei "n" die letzte dieser Stärkewaschstufen anv git>t. Der mit Stärke angereicherte Ablauf-Austragsstrom \ P^U wird unter Druck in eine erste Stärkewaschstufe W^ eingeführt. Der Ablauf-Austragsstrom W^TJ aus der ersten

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Stärkewaschstufe W/j wird dann unter Druck in die zweite Stärkewaschstufe Wp eingeführt, deren Ablauf-Austragsstrom V2IJ seinerseits unter Druck in eine dritte Stärkewaschstufe W, eingeführt wird. Dementsprechend wird der Ablauf-Austragsstrom aus jeder Stärkewaschstufe unter Druck in die nächste, darauffolgende Stärkewaschstufe eingeführt, bis aus dem Ablauf-Austragsstrom WU der letzten Stärkewaschstufe W_n das an Stärke reiche Produkt erhalten wird.

Der Transport des Ablauf-Austragsstromes unter Druck aus jeder Stärkewaschstufe in die nächste, darauffolgende Stärkewaschstufe wird leicht erzielt durch Anordnung von ,geeigneten Pumpen "p" in dem Beschickungsstrom zwischen den benachbarten Stärkewaschstufen. Geeignete Pumpen "p" werden auch verwendet zum Transport des ankommenden Mühlenstärkenstromes MS in die Trennstufe P^ und zum Transport des Überlauf-Austragsstromes P^O in die Trennstufe P₂.

Wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 4 ersichtlich, wird das Gegenstrom-Waschwasser CC/WW vorzugsweise in dem Ablauf-Austragsstrom W_n_^U der vorletzten Stärkewaschstufe W_n_^] in das System eingeführt.

Der Überlauf-Austragsstrom aus jeder Stärkewaschstufe wird ■'in den Stärkewaschvorgang in einer stromaufwärts gelegenen Stärkewaschstufe im Kreislauf zurückgeführt und mit dem Ablauf-Austragsstrom vereinigt, der in diese Stufe eingeführt wird. Vorzugsweise wird der Überlauf-Austragsstrom aus einer Stärkewaschstufe im Kreislauf zurückgeführt und kombiniert mit dem Beschickungsstrom für die nächste, vorangegangene, stromaufwärts gelegene Waschstufe, wie in

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Pig. A- dargestellt. So wird beispielsweise der Überlauf-Austragsstrom WzO aus der Stärkewaschstufe W^ in die Stärkewaschstufe W2 im Kreislauf zurückgeführt und mit dem Ablauf-Austragsstrom Wx|U, der in die Stärkewaschstufe M2 eingeführt wird, kombiniert. In entsprechender Weise wird der Überlauf-Austragsstrom W~0 in die Stärkewaschstufe Vy] im Kreislauf zurückgeführt. In diesem Falle wird jedoch der Überlauf-Austragsstrom W₂O mit dem Ablauf-Austrags-.' strom P/iU, der in die Stärkewaschstufe SL· aus der ersten -- Trennstufe P^ eingeführt wird, kombiniert. Schließlich wird der Überlauf-Austragsstrom W^O im Kreislauf zurückgeführt und mit dem Ablauf-Austragsstrom V^J und dem Mühlenstärkenstrom, der aus der aweiten Trennstufe Pp in die erste Trennstufe P^ eingeführt wird, kombiniert. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Stärkeanreicherung des mit Stärke angereicherten Stromes erzielt, bis das an Stärke "reiche Produkt erhalten wird. Eine typische Anordnung für ein Hydrocyclon-Gegenstrom-Waschsystem ist in der US-Patentschrift 2 840 524 beschrieben.

¹ Obgleich eine beliebige Anzahl von Stärkewaschstxifen angewendet werden kann, wurde gefunden, daß mindestens neun

, derartiger Stufen erforderlich sind, um das gewünschte, an Stärke reiche Produkt zu erhalten. Obgleich auch mehr als neun Stärkewaschstufen angewendet werden können, z. B. bis zu etwa 15 oder mehr, wurde gefunden, daß durch diese zu-

. sätzlichen Stärkewaschstufen die Wirtschaftlichkeit des

Systems nicht wesentlich verbessert wird. So beträgt bei .:.- einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung "W " in "'der schematischen Darstellung gemäß Fig. 4 ¹¹W₀".

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Es sei daran erinnert, daß zur Herstellung von an Protein

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reichen und an Stärke reichen Produkten, die den jeweiligen Produktanforderungen genügen, eine geeignete Kontrolle des pH-Wertes, der Dichte, des Mühlenstärkenstromes sowie eine Eontrolle der Temperaturen, Drucke und Gegenstrom-Waschwassergeschwindigkeiten "bzw. -Taten, die innerhalb des Systems angewendet werden, erforderlich ist. Der pH-Wert des Mühlenstärkenbeschickungsstromes sollte etwa 3>0 bis etwa 6,0 betragen, die Dichte des Mühlenstärken-Beschickungsstromes sollte bei 15,6°C (6O⁰F) etwa 7*5 etwa 8,5° Be, vorzugsweise 8,0 _+ 0,2° Be,,betragen, die Gegensti'omwaschwassergeschwindigkeit bzw. -rate sollte etwa 83,3 bis etwa 121 1 (22 bis 32 Gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, vorzugsweise etwa 94,6 bis 102 1 (25 bis 27 Gallons) pro 4-5,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, betragen und die Temperatur innerhalb des Systems sollte nicht weniger als etwa 32°C (90°F) betragen, jedoch unterhalb der GeIatinierungstemperatur der Stärkefraktion des behandelten Materials, d. h. unterhalb etwa 63°C (145⁰F),liegen. Vorzugsweise sollte die Temperatur innerhalb des Systems bei etwa 43 bis etwa 57°C (110 bis 135⁰F) liegen bei einer Temperatur des Mühlenstärken-Beschickungsstromes von etwa 38 bis etwa 52°C (100 bis 125°F).

Der Druck innerhalb des Systems wird von zwei Aspekten aus betrachtet: der Druck, der in der ersten Trennzone Z-1 in den ersten und zweiten Trennstufen P^ und Pp angewendet werden soll, und derjenige, der in der., zweiten Trennzone Z-2 in den Stärkewaschstufen W^ - W angewendet werden soll (Fig. 4). Diesbezüglich werden nicht nur die jeweiligen Drucke, die durch die Pumpen "p" zum Transport der Ströme durch das System erzeugt werden, betrachtet, sondern

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es sind auch die Druckdifferenzen (Druckabfälle) in jeder der Trennstufen in jeder der Trennzonen wichtig. Die Druckdifferenz wird "bestimmt aus der Differenz des Druckes, unter dem das Material in jede Stufe eingeführt wird, und dem Druck, unter dem der Überlauf aus der Stufe ausgetragen wird. Daher sollte die Druckdifferenz zwischen der ernten Trennstufe P^ und der zweiten Trennstufe Pg, nachfolgend mit Δ? bezeichnet, nicht weniger als etwa 7 kg/cm

(100 psi), vorzugsweise etwa 8,44 bis etwa 12,7 kg/cm (120 bis 180 psi)*, betragen. Entsprechend sollte die Druckdifferenz in jeder der aufeinanderfolgenden Stärkewaschstufen, nachfolgend mit ^PW bezeichnet, nicht weniger als etwa 5,6 kg/cm (80 psi), v<
(100 bis 150 psi) »,b et ragen.

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etwa 5,6 kg/cm (80 psi), vorzugsweise 7 his 10,5 kg/cm

Wenn beispielsweise der Beschickungsstrom unter einem Druck von 10,2 kg/cm² (14-5 psi) in die erste Trennstufe V^ eingeführt wird, dann kann der Druck, unter dem der Über-

laufstrom P^O ausgetragen wird, etwa 0,7 kg/cm (10 psi) betragen, was eine ΔΡ in P/] von 9,5 kg/cm (135 psi) ergibt, die in den bevorzugten Bereich fällt. In gleicher Weise kann dann, wenn der Druck, unter dem der Beschikkungsstrom in die Stärkewaschstufe W_x eingeführt wird,

P ^

8,44 kg/cm (120 psi) beträgt, der Überlaufstrom W,0 unter

2
einem Druck von 1,41 kg/cm (20 psi) ausgetragen werden,

was zu einer bevorzugten APV/ in W, von 7 kg/cm (100 psi) führt.

Alle Beschickungsströme, Überlaufströme und Ablaufströme enthalten eine Mischung von Materialien, die üblicherweise als ,"Mittelmehl" bezeichnet werden, die aus einzelnen und kombinierten Teilchen aus Stärke, Protein und

809617/0937

i ■

* t ι

• ι » ·

Fasern bestehen. Dieses Mittelmehl weist eine, mittlere Absetzgeschwindigkeit, d« h. eine höhere Absetzgeschwindigkeit als die sich langsamer absetzenden Proiteinteilchen und eine niedrigere Absetzgeschwindigkeit als :die sich schneller absetzenden Stärketeilchen auf. Die kontinuierliche Fraktionierung, d. h. Trennung, der in 'dem Mittelmehl . enthaltenen Stärke- und Proteinteilchen ist von primärer Bedeutung für den erfolgreichen Betrieb des Systems. Wenn das Mittelmehl nicht kontinuierlich und ausreichend fraktioniert wird, reichert es / sich in dem System an und behindert? die Gewinnung von akzeptablen, an Protein reichen und an Stärke reichen Produkten«. Eine kontinuierliche und ausreichende Fraktionierung des Mittelmehls . - in dem erfindungsgemäßen System wird erzielt durch geeignete Kontrolle bzw. Steuerung der Betriebsbedingungen, insbesondere der Druckdifferenzen

ΔP und APV/ in jeder der Trennungsstufen in dem System.

Im allgemeinen ist das Trennungsvermögen des Systems um so besser, je höher die angewendeten Drucke sind, um höhere Druckdifferenzen in jeder der Trennstufen zu erzielen. Wie dem Fachmanne bekannt, hängt jedoch die Höhe des in dem System angewendeten Druckes von der Wirtschaftlichkeit der in dem System verwendeten festen Materialien ab. Infolgedessen basieren die obengenannten Drucke und Druckdifferenzen auf einer vernünftigen wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit des Systems, die mit den gewünschten Endprodukten in Übereinstimmung steht.

Wie aus der Fig. 4· ersichtlich, umfaßt das System Kontroll-Ventile . "PV" in dem AbIauf-Austragsstrom PoTJ, "WV" in dem

809617/0937

- 29 -

ankommenden Gegenstrom-Waschwasser CC/WW und "SV" in dem AbIauf-Austragsstrom aus der letzten Stärkewaschstufe M_n. Die Einstellung dieser Ventile beeinflußt die Drucke innerhalb des Systems, so daß auf konstante Weise Produkte mit akzeptablen Qualitäten erhalten werden können. Die geeignete Einstellung dieser Ventile einzeln und/oder gleichzeitig dient der "Feinabstimmung" das 3ebx-i\->^e» öes Systems. Im allgemeinen werden diese Ventile so eingestellt, daß der an Protein reiche Strom PgO nicht mehr als etwa 11,98 g/l (1,6 oz/gal.) und nicht weniger als stws 10,11 g/l (1,35 oz./gal.) unlösliche Trockensubstanz (IDS)-Materialien, d. h. unlösliches Protein, unlösliche Stärke und unlösliche Fasern, und vorzugsweise etwa 11,24 g/l (1,5 oz./gal.) IDS-Materialien enthält.

Es sei daran erinnert, daß in der US-Patentschrift 2 689 810 ein Glutenstrom mit einer Konzentration von 15 bis 20 g/l (2,0 bis 2,6 oz./gal.) an unlöslicher Trockensubstanz beschrieben ist. Auf ler Grundlage der aus dieser Patentschrift zu entnehmenden Lehren wurden Versuche durchgeführt, um gleichzeitig ein kommerziell akzeptables, an Stärke reiches Produkt und ein kommerziell akzeptables, an protein reiches Produkt zu erhalten. Diese Versuche waren jedoch auch dann erfolglos, wenn die Bedingungen des erfindungsgemäßen Systems angewendet wurden. Bei Verwendung einer Stärke- und Glutenqualität als Standard wurden bei Verwendung des erfindungsgemäßen Systems die in der folgenden Tabelle A angegebenen Ergebnisse erhalten:

809817/0937

•· ff · »Ι ·1··0·»*

_ 30 -

Tabelle A

Glutenqualität im Verhältnis zu der Stärkequalität bei den angegebenen Glutenkonzentrationen

Unlösliches Protein in dem Gluten-IDSB	Unlösliches Px'Otein in dem Stärke-IDSB	Glut enkonz en- tration IDS in g/l (oz./gal.)	(1,11)
80	0,53	8,31	(1,32)
75	0,41	9,87 .	(1,50)
*70	0,32	11,24	(1,65)
65	0,28	12,36	(1,77)
60	0,29	13,26

*kommerziell akzeptable Kombination

Wie aus der vorstehenden Tabelle A zu ersehen ist, wurden nur dann akzeptable Ergebnisse erzielt, wenn, der an Protein reiche Strom (P2O) eine Konzentration von etwa 11,24 g/l (1,5 oz./gale) IDS-Materialien enthielt. Dieser Wert liegt deutlich unterhalb der Konzentration von I5 bis 20 g/l (2,0 bis 2,6 oz./gal.) an unlöslicher Trockensubstanz, die in der US-Patentschrift 2 689 810 angegeben ist, und seine Unannehmbarkeit für die gleichzeitige Herstellung von. kor merziellen Protein- und Stärkeprodukte spiegelt sich in den in der obigen Tabelle A angegebenen Werten wieder.

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_ 31 _

2747U3

Das erfindungsgemäße System wird durch, die folgenden Beispiele, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Diese Beispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung, insbesondere die Fig. 4, näher erläutert.

-Beispiel 1

In diesem Beispiel wurden zwei Primärstufen (P^ und Pg) und neun Stärkewaschstufen (wVj - Vq) angewendet. In der Stufe P₂ wurde ein Druckabfall (4P) von 10,2 kg/cm² (145 psi) angewendet und in der Stufe P^ wurde ein Druckabfall (ΛΡ) von 8,02 kg/cm² (114 psi) angewendet. Die Stärkewaschstufen wiesen in jeder Stufe einen mittleren Druckabfall (Z^PW) von etwa 6,33 kg/cm² (90 psi) auf. Die anderen Bedingungen waren folgende:

pH-Wert der Mühlenstärke Dichte der Mühlenstärke

Temperatur der Mühlenstärke

Beschickungsgeschwindigkeit der Mühlenstärke

Gehalt der Mühlenstärke an unlöslichem Protein

Waschwasser (CC/WW)-Geschwindigkeit

Waschwasser(CC/WW)-Temperatur

7,8° Be bei 15,6°C (60°E)

42,5°C (109⁰F)

28,32 l/min
(7,48 Gallons/min)

7,09 % IDSB

11,7 1 (3,1 Gallons)/

min

36,7°C (98°F)

8ÖS017/0937

■ ■·· «til

_ 32 _

Unlösliche Materialien in dem an Protein reichen Strom (P₂

Strömungsgeschwindigkeit des mit Stärke angereicherten Produktes (U)

10,4-1 g/l (1,39 oz./gal.) IDS-Materialien

7,0 1 (1,85 Gallons)/ min

Die Arbeitsbedingungen in dem System sind in der folgenden Tabelle I angegeben, wobei Hydrocyclone mit einem In-"nendurchmesser (d) von 10 mm und einem^koniscEen Winkelia) von 5°52' verwendet wurden»

	Tabelle I	1	Druck?	ibfall in - Ct)Si)
Stufe	Anzahl der ' Anzahl der Hydrocyclone Gehäuse	1	10,2	(145,0)
^P2	9	2 (4 in jedem Gehäuse) .	8,02	(114,O)_-
^P1	13	2	6,09	(86,5)"
	8	2	6,96	(99,0)
W₂	6	2	6,26	(89,0)
W₃	6	2	6,47	(92,0)
W₄	6	2	5,98	(85,0)
W₅	6	2	6,19	(88,0)
^W6	6	2	6,68	(95,0)
	6	2 (3 in einem und 2 in einem anderen Gehäuse)	6,68	(95,0)
^¥8	6		6,19	(88,0)
W₉	5

Λ PW -

Unter den oben angegebenen Betriebsbedingungen erhielt man.« ein an Protein reiches Produkt, das 72,1 % unlösliches

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• ·

I ·

- 33 -

Protein-IDSB enthielt und ein an Stärke reiches Produkt, das 0,26 % unlösliches Protein-IDSB enthielt.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurden drei Primärstufen (Έ^, Pp ¥?■) und neun Stärkewaschstufen (W^ - Wq) mgewendet. Der Druckabfall in den Primärstufen (AP) "betrug 8,44 bis 8,79 kg/cm (Ί20 bis 125 psi), während er in den Stärkewaschstufen (APW) durchschnittlich 6,33 kg/cm² (90 psi) betrug. Die übrigen Bedingungen waren folgende:

pH-Wert der Mühlenstärke Dichte der Mühlenstärke Temperatur der Mühlenstärke

Zuführungsgeschwindigkeit der Mühlenstärke

Unlösliches Protein in der Mühlenstärke

Waschwasser(CC/WW)-Geschwindigkeit

Waschwasser(CC/WW)-Temperatur

Unlösliche Materialien in dem an Protein reichen Strom (P₅O)

Strömungsgeschwindigkeit des mit Stärke angereicherten Produktes (W₉U)

nicht gemessen 8,3° Be bei 15,6⁰C (6O⁰F)

nicht gemessen

24,98 1 (6,60 GallonsJ/ min

6,61 % IDSB

11,7 1 (3,1 Gallons)/ min

38⁰C (100⁰F)

10,94 g/l (1,46 oz./gal-i) IDS-Materialien

7,19 min

1 (1,9 Gallons)/

Die verwendeten Hydrocyclone waren die gleichen wie in dem obigen Beispiel 1. Die Arbeitsbedingungen in dem System -

809817/0937

• · t

- 34 -

sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Stufe	Anzalal der Hydrocyclone
^P3	8
^P2	11
^p1	13
^W1	8
^W2	6
^W3	6
^¥4	6
^V5	6
^V6	6
W₇	6
^W8	6
	5

Anzahl der Gehäuse

1 1 2 2 2 2 2 2 2

Druckabfall in kg/cm² (psi)

8,44 (120,0)

8,79 025,0)

6,02 ( 85,5)

7,24 (103,0)

6,33 ( 90,0)

6₇37 (90,5)

5,95 (84,5)

6,09 (86,5)

6,65 (94,5)

6,33 (90,0)

Unter den obengenannten Bedingungen erhielt man ein an Protein reiches Produkt, das 70*8 % unlösliches Protein-IDSB enthielt, und ein an Stärke reiches Produkt, das 0,33 % unlösliches Protein-IDSB enthielt. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses System drei Primärstufen anstelle von zwei Primärstufen aufwies und daß die erzielten Ergebnisse, die akzeptabel waren, denjenigen des Systems in Beispiel 1

808617/093*

	■ ff · ♦ ·« tMf tOI» !•ti 9«B« · » • I · · « · · • C · · ( · ·	_n) angewendet. Die übrigen
- 35 _	2747443
ähnelten, in dem nur zwei Primärstufen verwendet wurden«.	- nicht gemessen
Beispiel 3	8,0° Be bei 15,6⁰G (60⁰F)
	46⁰C (115⁰S¹)
In diesem System wurden zwei Primärstufen (P₁ und P₂) und	nicht gemessen
zehn Stärkewaschstufen (W₁ - W₁
Bedingungen, waren folgende:
pH-Wert der Mühlenstärke
Dichte der Mühlenstärke
Temperatur der Mühlenstärke
Zuführungsgeschwindigkeit I der Mühlenstärke

Unlösliches Protein der Mühlenstärke

Waschwasser(CC/WW)-Geschwindigkeit

Waschwasser(CC/WW)-Temperatur

Unlösliche Materialien in dem an Protein reichen Strom (P₂O)

Strömungsgeschwindigkeit des mit Stärke angereicherten Produkts (W₁₀U)

6,4· % IDSB

11,7 1 (3,1 Gallons)/min 40⁰C (104-⁰F)

11,01 g/l (1,47 oz./gal.) IDS-Materialien

7,38 1 (1,95 Gallons)/ min

Bei den verw endet en Hydrocyclonen handelte es sich um die gleichen wie in dem obigen Beispiel 1 und die Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle III angegeben.

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-

	1	Druckabfall in
Tabelle III	1	9,14 (13O,O)\
Anzahl der Anzahl der Hydrocyclone Gehäuse	2	8,72 (124,0)]
10	2	8,51 (121,0)'
14	2	6,82 (97,0)
8	2	6,68 (95,0)
7	2	6,12 (87,0)
6	2	6,40 (91,0)
6	2	6,05 (86,0)
6	2	6,05 (86,0)
6	2	6,30 (89,5)
6	2	6,12 (87,0)
6		. 6,26 (89,0)
6
5

Kit diesem System wurde ein an protein reiches .rrodukt erhalten, das 70,0 % unlösliches Protein-IDSB enthielt, und es wurde ein an Stärke raiches Produkt erhalten, das 0,33 % unlösliches Protein-IDSB enthielt.

Dieses Beispiel zeigt, daß die Anwendung einer zusätzlichen Stärkewaschstufe zu einem guten Leistungsvermögen und zu einer guten Produktqualität unter geeigneten Betriebsbedingungen führte, wodurch jedoch die Ergebnisse nicht notwendigerweise verbessert wurden. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte jedoch die Anwendung von mehr als zv/ei

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It· Il

- 37 -

Primärstufen und von mehr als neun Stärkewaschstufen vermieden werden, wenn die Zusammensetzung und/oder Auftrennbarkeit der Mühlenstärke nicht so ist, daß die zusätzlifcheii Stufen erforderlich sind, um kommerziell akzeptable jßtärke- und Glutenprodukte zu erhalten.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurden zwei Primärstufen (P^ und P₂) und neun Stärkewaschstufen (W^ - Wq) angewendet. Der Druckabfall (ΔΡ) in P₂ und P^ wurde auf 6,12 kg/cm² (87 psi) "bzw. 5,70 kg/cm (81 psi) vermindert. Die übrigen Bedingungen waren die folgenden:

Zuführungsgeschwindigkeit der Kühlenstärke

Unlösliches Protein in der Mühlenstärke

Waschwasser(CC/WW)-Geschwin- 11,7 1 (3,1 Gallons)/min digkeit

Waschwasser(CO/WV/)-Temperatur 30⁰C (86⁰F)

Unlösliche Materialien in dem 11,24 g/l (1,5 oz./gal.) SXL Protein reichen Strom. IDS-Materialien

(P₂O)

Strömungsgeschwindigkeit 7₅38 1 (1,95 Gallons)/min des mit Stärke angereicherten Produkts (WqU;

Es wurden die gleichen Hydrocyclone wie in dem Baispiel 1

4-,	5	bei	15,6°C (60⁰F)
7,	8° Be	:io7	⁰F)
41	,5°C (	(6,	64 Gallons)/
25	,13 1
min	O % IDSB
7,

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I I · < «Ik·

- 38 -

verwendet und die Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.

	1	Druckabfall in kg/cm² (psi)	>
Tabelle TV	1	6,12 (87,0)'
Anzahl der Zahl der Hydrocyclone GeMuse	2	5,70 (81,0)
11	2	6,09 (86,5)*
15	2	6,82 (97,0)
8	2	6,19 (88,0)
6	2	6,40 (91,0)
6	2	6,05 (86,0)
6	2	6,16 (87,5)
6	2	6,82 (97,0)
6	2	6,19 (88,0)
6		6,54- (93,0)
6
5

Mit diesem System erhielt man ein an Protein reiches Produkt, das 68,8 % unlösliches Protein-IESB enthielt, und ein an Stärke reiches Produkt, das 0,4-7 % unlösliches Pro tein-IDSB enthielt, Venn man berücksichtigt, daß kommerziell akzeptable Produkte solche sind, bei denen das an Protein reiche Produkt mindestens etwa 68 % IDSB-Protein und das an Stärke reiche Produkt nicht mehr als etwa 0,38 % unlösliches IDSB-Protein enthält, so ist daraus zu

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> ■ a * · ■ ■

- 39 -

ersehen, daß dieses System zu einem an Protein reichen Produkt führte, das eben gerade noch akzeptabel war (68,8 % IDSB-Protein), und daß es zu einem an Stärke reichen Produkt führte, das die minimale kommerziell akzeptable Qualität (0,47 % unlösliches Protein-IDSB) nicht erreichte. Es sei auch darauf hingewiesen, daß zwar die Proteinkonzentration in dem an Protein reichen Strom innerhalb des Bereiches von 10,11 bis 11,98 g/l (1,35 "bis 1,6 .OZ./gala) lag, daß Jedoch die Stärke-Protein-Trennung we- ;'gen des niedrigen Druckabfalles in den Stufen P^, und Pp nicht akzeptabel war. Die Stärkequalität könnte wahr- -scheinlich aber verbessert werden durch Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeiten von WqU und PoU, dies würde jecLoch zu einem Proteinprodukt mit einem unzureichenden Proteingehalt führen, bevor ein akzeptables Stärkeprodukt erhalten wird. Dies geht aus dem folgenden Beispiel hervor.

Beispiel 5

Es wurden zwei Primärstufen (P^ und Pg) und neun Stärkewaschstufen (W^ - Wg) mit einem niedrigen Druckabfall in den Primärstufen wie in dem obigen Beispiel 4- angewen-. det. Die übrigen Arbeitsbedingungen waren folgende:

pH-Wert der Mühlenstärke 4,1 Dichte der Mühlenstärke 7,5° Be bei 15,6⁰C (60°F) Temperatur der Kühlen- 38⁰G (10O⁰F) stärke

Zuführungsgeschwindigkeit 29,76 1 (7,86 Gallons)/min der Mühlenstärke

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.. 40 _

• · · ι

3 4 ■ j 11)1

Unlösliches Protein in der Mühlenstärke

Waschwasser(CC/WW)-Geschwindigkeit

Waschwasser(CC/WW)-Temperatur

Unlösliche Materialien in dem an Protein reichen Strom (P₂O)

St r önmngs ge s chwi^digkeiti des mit Stärkejangereicherten Produktes '(WdTJ") 7,6 % IDSB

11,7 1 (3,1 Gallons)/min 35,6°C (96⁰F)

14,68 g/l (1,96 oz./gal.) IDS-MaSerialien 6,81 ■} 1 -; (1,80 Gallons )/min

Es wurden die gleichen Hydrocyclone wie in dem Beispiel .1 verwendet und die übrigen Arbeitslaedä^gungen sind in der folgenden Tabelle V angegeben.

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- 41 -

Stufe

	1	Druck- kg/cm²	bfall in (T)Si)
Tabelle V	1	6,02	(85,5)1
Anzahl der Anzahl der Hydrocyclone Gehäuse	2	5,55	(79,O)J
11	2	5,77	(82,0)"
15	2	6,79	(96,6)
8	2 2	6,30	(89,5)
6	2	6,40 6,12	(91,0) ! (87,0)
6	2	6,23	(88,5)
6 ■6	2	6,86	(97,5)
6	2	6,26	(89,0)
6		6,47	(92,0)
6
VJl

Das erhaltene, an Protein reiche Produkt enthielt 58,13 % _ unlösliches Protein-IDSB und das erhaltene, an Stärke reiche Produkt enthielt 0,3-4 % unlösliches Protein-IDSB. Daraus ergibt sich, daß diese Ergebnisse entgegengesetzt zu denjenigen waren, wie sie in Beispiel 4 erhalten wur- > den, d. h. die Stärkequalität war akzeptabel (0,34 % un-. lösliches Protein-IDSB), daß Jedoch die Proteinqualität zu ,niedrig war (58,13 % unlösliches Protein-IDSB). Die Pro- - teinqualität könnte zwar verbessert werden durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten von VqU und P₂U, dies würde dann jedoch zu einer nicht mehr akzeptablen Stärkequalität

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• (C (CCi Uli t · t ( ( ι

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til

- 42 -

führen, obgleich dann eine akzeptable Proteinqualität wie in Beispiel 4· erhalten werden würde.

i Die obigen Beispiele erläutern die Bedeutung der Anwendung g der richtigen Drucke innerhalb des Systems und die Erzie- | lung eines geeigneten Druckabfalles (ΔΡ und & PW) in den | Stufen jeder Trennzone. Wenn der dem System zugeführte fj Mühlenstärkenstrom außergewöhnlich gute Trenneigenschaften | aufweist, können auch bei niedrigeren Drucken gleichzeitig | ein akzeptables Stärkeprodukt und ein akzeptables Protein- § produkt erhalten werden. Eine Mühlenstärke, die derart gu- > te Trenneigenschaften aufweist, erhält man jedoch in der Regel nicht mit den täglichen Schwankungen in der Mühlen- \ stärke. Deshalb ist ein höherer Druckabfall in den Trennzonen des erfindungsgemäßen Systems erforderlich, um ständig und auf wirtschaftlichem Wege gleichzeitig ein Stärkeprodukt und ein Proteinprodukt mit einer akzeptablen kommerziellen Qualität zu erhalten.

Die vorstehenden Beispiele, insbesondere die Beispiele 1 bis 3? erläutern das erfindtingsgemäße System mit einer verhältnismäßig niedrigen Produktkapazität und die Tatsache, daß die Anzahl der verwendeten Hydrocyclone in direkter Beziehung zu der Kapazität steht. Es ist deshalb für den Fachmann klar, daß das erläuterte System (die erläuterte Vorrichtung) vergrößert werden muß, um größere Mengen an kommerziell akzeptablem Stärkeprodukt und kommerziell akzeptablem Proteinprodukt herzustellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (System) zur Herstellung eines an Protein reichen Produktes und eines an Stärke reichen Produktes aus einer Müblenstärkenfraktion aus einem Mais-Naßmahlverfahren,. g^;e_;k e η η ζ e i c h η e t durch

a) eine erste Trennzone (Z-l), die mindestens zwei Proteintrennstufen (P., Ρ«) enthält, und eine zweite Trennzone (Z-2), die eine Vielzahl von Stärkewaschstufen (W..-W ) enthält, wobei jede der Proteintrennstufen (P._/ P«) und jede der Stärkewaschstufen (W,-W ) eine Vielzahl von Hydrocyblonen (32) aufweist, die parallel zueinander innerhalb eines Gehäuses (30) angeordnet sind und aus einem Vortex-Element (10), einem konischen Element (11) und einem Apex-Element (12) bestehen,

;b) eine Einrichtung zur Einführung von Waschwasser im Gegenström in der Nähe der vorletzten Stufe (W -) der Stärkewaschstufen

c) eine Einrichtung zum Einführen der Mühlenstarkenfraktion unter Druck nacheinander in und durch die Proteintrennstufen (P-, Ρλ)/ um die Mühlenstarkenfraktion in einen an Protein reichen Strom und einen mit Stärke angereicherten Strom aufzutrennen,und zum Austragen dos an Protein reichen Stromes durch die Vortex-Elemente (1O) der Hydrocyclone (32) und des mit Stärke ange-

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IHI ""·

reicherten Stromes durch die Apex-Elemente (12) der Hydrocyclone (32),

d) eine Einrichtung zur Aufrechterhaltrjng einer Druckdifferenz (Δ.Ρ) in jeder der Proteintrennstufen (P-, P«) auf einem

2
Wert von mindestens etwa 7 kg/cm (lOO psi),

e) eine Einrichtung zum Abzug eines an Protein reichen Produktes mindesten:

(P₁, P₂),

mindestens aus der letzten Stufe (P„) der Proteintrennstufen

f) eine Einrichtung zum Einführen des mit Stärke angereicherten Stromes unter Druck nacheinander in und durch eine Vielzahl von Stärkewaschstufen (W.,-W ) zum Austragen der leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien durch die Vortex-Elemente (1O) der Hydrocyclone (32) und der schwereren, s-ich schneller absetzenden Materialien, die im wesentlichen aus einem zunehmend mit Stärke angereicherten Strom bestehen, durch die Apex-Elemente (12) der Hydrocyclone (32),

g) eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Drückdifferenz (Δ-PW) in jeder der aufeinanderfolgenden Stärkewaschstufen (W.-W ) bei einem Wert von mindestens etwa 5,6 kg/crn (80 psi) und

, h) eine Einrichtung zum Abziehen eines an Stärke reichen

Produktes aus der letzten Stufe (W ) der Stärkewaschstufen (W₁-W ). - ^N 1 n'

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MItI (···

2. Vorrichtung (System) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einführen der schwereren,, sich schneller absetzenden Materialien, die aus der letzten der Proteintrennstufen (P₁, P„) ausgetragen worden sind, in die Mühlenstärkenfraktion, um sie damit zu kombinieren.

3. Vorrichtung (System) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine {^zirkulationseinrichtung zur Einführung der aus einer der Stärkewaschstufen (W.-W ) ausgetragenen leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien in die nächste, stromaufwärts vorausgehende Stärkewaschstufe.

4. Vorrichtung (System) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Rezirkulationseinrichtung zur Rückführung der aus einer der Stärkewaschstufen (W..-W ) ausgetragenen leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien in eine stromaufwärts gelegene Stärkewaschstufe, um die leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien darin mit den? mit Stärke angereicherten Strom zu kombinieren, der in die stromaufwärts gelegene Starkewaschstufe eingeführt wird.

5. System (Vorrichtung) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie (es) in der zweiten Trennzone (Z-2) etwa 9 bis etwa 15 Stärkewaschstufen (W₁-W ) aufweist.

6. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Druckeinrichtung (p), mit deren Hilfe

die Druckdifferenz (δ-Ρ) bei etwa 8,4 bis etwa 12,7 kg/cm (120 bis 180 psi) gehalten wird.

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co·

~⁴~ 2747U3

7. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckeinrichtung (p), mit deren Hilfe die Druckdifferenz (APW) bei etwa 7,0 bis etwa 10,6 kg/cm (100 bis 150 psi) gehalten wird.

8. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe die Temperatur innerhalb der Vorrichtung (des Systems) bei einem Wert von nicht weniger als etwa 32,2 C und einem Viert von nicht ■ehr als etwa 62,8 C gehalten wird.

9. Vorrichtung (System) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe die Temperatur der Vorrichtung (des Systems) bei etwa 43,3 bis etwa 57,2°C (110 bis 135°C) gehalten wird.

10» Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe der pH-Wert der Mühlenstärkenfraktion bei etwa 3,0 bis etwa 6,0 und die Dichte bei 15,6°C (60°F) bei etwa 7,5 bis etwa 8,5° Be gehalten wird.

11. Vorrichtung (System) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe ein vorgegebener pH-Wart der Mühlenstärkenfraktion aufrechterhalten und die Dichte des MUhlenstcjrkenstromes bei etwa 8,0 + 0,2 Be gehalten wird.

12. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rate (Geschwindigkeit)

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2747U3

des Gegenstrom-Waschwassers (CC/WW) etwa 83,3 bis etwa 121 1 (22 bis 32 gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, beträgt.

13. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rate (Geschwindigkeit) des Gegenstrom-Waschwassers (CC/WW) etwa 96,4 bis etwa 121 1 (25 bis 32 gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, beträgt.

14. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man damit ein an Protein reiches Produkt mit einem Proteingehalt von mindestens etwa 68 % IDSB und ein an Stärke reiches Produkt, das nicht nrhr als etwa 0,38 % unlösliches IDSB-Protein enthält, erhält.

15. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß man damit ein an Protein reiches Produkt mit einem Proteingehalt von mindestens etwa 74 % IDSB und ein an Stärke reiches Produkt, in dem der Gehalt an unlöslichem Protein nicht mehr als etwa 0,3 % IDSB beträgt, erholt.

16. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet,durch Ventileinrichtungen (PV, SV, V/V) zur Einstellung des Druckes innerhalb der Vorrichtung (des Systems), die an den Austragsenden der letzten· der Proteintrennstufen _s und der Stärkewaschstufen (W₁-W ) angeordnet sind, und eine Einrichtung zur Einführung des Waschwasserstromes

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J J 3 1 tit»

im Gegenstrom in der Nähe der vorletzten Stufe (W _.) der Stärkewaschstufen (W₁-W ).

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%\7. Vorrichtung (System) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Ventileinrichtungen (PV, SV, WV), die einzeln oder gleichzeitig so einstellbar sind, daß man ein an Protein reiches Produkt erhält, das nicht mehr als etwa 11,98 g/l |(l,6 oz_f/gal.) und nicht weniger als etwa 10,11 g/l (1,35 oz./gal.) unlösliche Trockensubstanzmaferialien enthält.

18. Vorrichtung (System) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Ventileinrichtungen (PV, SV, WV), die so einstellbar sind, daß man ein an Protein reiches Produkt erhält, das etwa 11,24 g/l (1,5 oz»/gal») unlösliche Trockensubstanzmaterialien enthält.

19. Vorrichtung (System) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein konisches Element (ll) mit einem zylindrischen oberen Abschnitt (16), der einen Innendurchmesser (d) von etwa 10 mm, eine tangentiale Beschickungseinlaßöffnung (19) in seiner Wand und einen konischen Winkel (a) von etwa 5 bis 7,5 aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung eines an Protein reichen Produktes und eines an Stärke reichen Produktes aus einer Mühlen-Stärkenfraktion aus einem Mais-Naßmahlverfahren, das insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung (des Systems) nach den Ansprüchen 1 bis 19 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

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α) die Mühlenstärkenfraktion auf einen pH-Wert von etwa 3,0 bis etwa 6,0 und eine Dichte bei 15,6 C (60 F) von etwa 7,5 bis etwa 8,5 Be einstellt,

b) die Mühlenstärkenfraktion unter Druck nacheinander durch eine erste Trennzone, die mindestens 2 Proteintrennstufen enthält, und eine zweite Trennzone, die eine Vielzahl von Stärkewaschstufen enthält, wobei jede der Proteintrennstufen und jede der Stärkewaschstufen eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Hydroeycaonen aufweist, führt und die Mühlenstärkenfraktion in einen an Protein reichen Strom und in einen mit Stärke angereicherten Strom auftrennt, den an Protein reichen Strom durch ein Ende der Hydrocyclone in den Proteintrennzonen auströgt und den mit Stärke angereicherten Strom dur^h das andere Ende der Hydrocyclone in den Proteintrennstufen austrägt, während in der Nähe der vorletzten Stufe der Stärkewaschstufen Waschwasser mit einer Rate (Geschwindigkeit) von etwa 83,3 bis etwa 121 1 (22 bis 32 gallons) pro 45,4 kg (100 lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, eingeführt wird, wobei das Waschwasser gleichzeitig im Gegenstrom durch die erste und die zweite Trennzone geschickt wird,

c) den Druck der MUhlenstärkenbeschickung bei einem solchen Wert L

hält, daß man in jeder der Proteintrennstufen eine Druckdifferen:

beträgt,

differenz Δ.Ρ erhält, die mindestens etwa 7 kg/cm (100 psi)

d) «in an Protein reiches Produkt aus der letzten Stufe der Proteintrennstufen abzieht,

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e) die aus der letzten der Proteintrennstufen ausgetragenen leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien mit der ursprünglichen Mühlenstärkenbeschickungsfraktion wiedervereinigt,

f) den mit Stärke angereicherten Strom unter Druck nacheinander durch die Vielzahl von Stärkewaschstufen führt, die leichteren,, sich langsamer absetzenden Materialien durch ein Ende der Hydrocyclone in den Stärkewaschstufen und die schwereren, , sich schneller absetzenden Materialien durch das andere Ende der Hydrocyclone austrägt, wobei man einen zunehmend mit Stärke angereicherten Strom erhält, der im wesentlichen aus den schwereren, sich schneller absetzenden Materialien besteht, während man den Druck des mit Stärke angereicherten Stromes auf einem solchen Wert hält, daß eine Druckdifferenz APW in jeder der aufeinanderfolgenden Stärkewaschstufen erhalten wird, die mindestens etwa 5,6 kg/cm (80 psi) beträgt, und wobei man die Temperatur in der ersten und in der zweiten Trennzone bei einem Wert hält, der nicht unterhalb etwa 32,2 (90°F) und nicht oberhalb etwa 62,8°C (145°F) liegt,

g) die leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien aus einer der Stärkewaschstufen austrägt, sie in eine stromaufwärts ' gelegene Stärkewaschstufe zurückführt und sie darin mit dem mit Stärke angereicherten Strom, der in die stromaufwärts gelegene Stärkewaschstufe eingeführt wird, vereinigt,

h) (ein cn Stärke reiches Produkt aus der letzten Stufe der Stärkewaschstufen abzieht und

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i) den Druck in der ersten und in der zweiten Trennzone so einstellt, daß man aus der letzten Proteintrennzone ein an Protein reiches Produkt erhält, das nicht mehr als etwa 11,98 g/l (1,6 oz./gaJ.) und nicht weniger als etwa 10,11 g/l (1,35 oz./gal.) unlösliche Trockensubstanzmaterialien enthält.

-2T. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ..< ""man die leichteren, sich langsamer absetzenden Materialien aus' , den Stärkewaschstufen austrägt und sie von einer Stärkewaschstufe zu einer nächsten, stromaufwärts vorausgehenden Stärkewaschstufe im Kreislauf zurückführt.

22. Verfahren nach Anspruch 21,oder 22, dadurch gekennzeich^ net, daß man in der zweiten Trennzone etwa 9 bis etwa 15 Stärke¹ waschstufen verwendet.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch

gekennzeichnet, daß man eine Druckdifferenz AP anwendet,

2
die etwa 8,4 bis etwa 12,7 kg/cm (120 bis 180 psi) beträgt.

24. Verfahren nach einem-der Ansprüche 20 bis 23, dadurch

gekennzeichnet, daß man eine Druckdifferenz A.PW anwendet,

2
die etwa 7 bis etwa 10,6 kg/cm (100 bis 150 psi) beträgt.

«25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur bei etwa 43,3 bis etwa 57,2 °C (110 bis 135°F) hält.

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26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß man di*s Dichte der Mühlenstärkenfraktion auf etwa 8,0+0,2 Be einstellt,

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rate (Geschwindigkeit) des Gegenstrom-Waschwassers bei einem Wert von etwa 94,6 bis etwa 121 ,(25 bis 32 gallons) pre 45,4 kg (lOO lbs) Mais, bezogen auf die Trockensubstanz, hält,

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck in der ersten und in der zweiten Trennzone so einstellt, daß ,man ein an Protein reiches Produkt erhält, das etwa 11,24 g/l (1,5 oz./gal.) unlösliche Trockensu bstanzma terialieri enthält.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß man ein an Protein reiches Produkt mit einem Proteingehalt von mindestens etwa 68 % IDSB und ein an Stärke reiches Produkt erhält, das nicht mehr als etwa 0,38 % unlösliches IDSB-Protein enthält.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß man ein an Protein reiches Produkt mit einem Proteingehalt von mindestens etwo 74 % IDSB und ein an Stärke reiches Produkt erhält, in dem der Gehalt an unlöslichem Protein nicht mehr als etwa 0,3 % IDSB beträgt.